Etudes de la structure des nucléons au laboratoire Jefferson et au collisioneur électrons-ions

Les programmes de recherche du laboratoire Jefferson (JLab) et du futur Collisionneur Électron-Ion (EIC) se concentrent sur l'une des thématiques majeures de la physique de l'interaction forte : la compréhension de la structure des nucléons en termes des quarks et des gluons qui les constituent. Cette structure est encodée dans des fonctions telles que les Distributions de Partons Généralisées (GPDs), qui décrivent comment la position transverse et l'impulsion longitudinale des partons sont distribuées dans les nucléons. Les GPDs permettent d'obtenir des images en trois dimensions des nucléons et de comprendre des propriétés fondamentales telles que les forces de pression qui règnent en leur sein ou la façon dont leur spin émerge de la dynamique des partons qui les composent. À JLab et à l'EIC, des faisceaux d'électrons sont utilisés pour sonder l'intérieur des nucléons. La mesure des réactions exclusives d'électroproduction, telles que la Diffusion Compton Profondément Virtuelle (DVCS), donne accès aux GPDs.En 2022-2023, la première expérience sur cible polarisée du programme CLAS12 à JLab a eu lieu. En combinant des faisceaux d'électrons et des cibles de nucléons polarisés longitudinallement, cette expérience offre un accès unique à des observables permettant de mesurer différents types de GPDs. En particulier, les asymétries de spin de faisceau et de cible pour le DVCS sur le proton et le neutron dans le deutérium seront mesurées pour la première fois. Elles donnent accès à des types de GPDs encore peu connus, et la comparaison entre le proton et le neutron permet d'extraire la contribution des différentes saveurs de quarks à la structure des nucléons. Des méthodes d'analyse spécifiques ont été implémentées pour travailler avec une cible nucléaire polarisée et sont présentées dans cette thèse. Ces méthodes permettent d'obtenir des résultats préliminaires sur les asymétries, en attendant que la totalité des statistiques soit disponible.À plus long terme, le programme expérimental de l'EIC a été établi avec une emphase importante sur les mesures de la structure des nucléons à haute énergie. La mesure de réactions telles que le DVCS impose notamment des contraintes strictes pour le calorimètre électromagnétique qui permettra de mesurer l'énergie des électrons et des photons diffusés. Ce calorimètre, dont le développement est en cours, sera basé sur des cristaux scintillants lus par des multiplicateurs de photon à pixels (MPPC). Un nouveau type de matériel scintillant à base de verre a été testé, évaluant les possibilités de répondre aux exigences techniques pour le calorimètre, en particulier concernant le rendement en lumière et la résistance aux radiations. Plusieurs modèles de MPPCs ont été caractérisés, établissant qu'ils peuvent opérer sur la large plage dynamique nécessaire pour atteindre les objectifs scientifiques de l'EIC et donnant les lignes directrices pour le développement de leur électronique de lecture.