Published September 20, 2016 | Version v1
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Measurement of the generalized polarizabilities of the proton by virtual Compton scattering at MAMI and Q2 = 0.2 GeV2

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Description

This work presents the measurement of the generalized electric αE(Q2) and magnetic βM(Q2) polarizabilities (GPs) of the proton. The GPs are defined in the Virtual Compton Scattering (VCS) context, i.e. the reaction γ*p → γp, where Q2 is the four-momentum transfer of the virtual photon. The GPs are a generalization of polarizabilities measured in real Compton scattering (RCS) by taking into account the Q2-dependency. They are dynamical properties of the proton when it is deformed by an applied electromagnetic field. αE(Q2) (or βM(Q2)) gives access to the local polarization (or magnetization) density of the deformed proton. The studied VCS process is accessible by the photon-electroproduction reaction (ep → epγ). The GP effect is a 1 - 15% contribution to the the ep → epγ cross section, requiring a high-precision measurement. The present work is a part of an experiment conducted by the A1 collaboration at MAMI. The goal is to extract the electric and magnetic GPs at three new Q2 values: 0.1, 0.2 and 0.45 GeV2. This thesis details the extraction at 0.2 GeV2. The experiment uses the 1 GeV electron beam, the 5 cm liquid hydrogen target and the high-resolution spectrometers spectrometers A (B) to detect the final electron (proton). The first-level analysis includes a detailed calibration of experimental data, and the use of a simulation of the experiment. The measurement of the unpolarized ep → epγ cross section is described with two of its important features: the correction of the radiative effects and the renormalization. Two different frameworks are used to extract the GPs. The first one is based on the Low Energy Theorem (LET) and is model independent. The second one relies on the dispersion relation model (DR). The two extractions lead to results in good agreement. The world data still raises question about the Q2-behavior of the GPs. (author)

Abstract (French)

Un siecle apres sa decouverte le proton est encore aujourd'hui un objet complexe source de questionnements. Nous savons que sa structure interne est gouvernee par l'interaction forte dont la constante de couplage varie avec l'energie. Cette variation induit une dichotomie dans notre interpretation des experiences. A haute energie, lorsque la constante de couplage diminue, nous pouvons interpreter les resultats par l'approche perturbative de la chromodynamique quantique. An de decrire le comportement du proton a basse energie, alors que la constante de couplage augmente, nous devons utiliser les degres de liberte hadroniques tels qu'ils sont presentes, par exemple, dans la theorie des perturbations chirales. A echelle d'energie intermediaire, dans la region des resonances nucleoniques, nous ne disposons pas d'une theorie descriptive consensuelle. Le travail presente dans cette these s'inscrit dans le cadre de ces energies interm ediaires. En effet les polarisabilites generalisees (GPs) sont des quantites fondamentales parametrant la reaction du proton a ces energies. Les GPs entrent en jeu lors du processus de diffusion Compton virtuelle γ*p → γp (VCS) ou elles dependent du carre du quadri-moment porte par le photon virtuel: Q2. Particulierement, αE(Q2) et βM(Q2) les polarisabilites generalisees electrique et magnetique du proton decrivent la deformation locale de celui-ci lorsqu'il subit un champ electromagnetique. Ces deux quantites furent mesurees par le passe, a differentes valeurs de Q2, par trois experiences VCS a JLab, Bates et MAMI. Les resultats obtenus ont montre un comportement des GPs en fonction de Q2 en desaccord avec les predictions faites par differents modeles theoriques. En effet, la forme dipolaire predite pour αE(Q2) est contestee dans la region entourant les resultats de MAMI autour de Q2 = 0.33 GeV2. Il fut donc decide a MAMI de realiser des nouvelles mesures de αE(Q2) et βM(Q2) a trois valeurs inedites de Q2: 0.1; 0.2 et 0.5 GeV2. Le travail presente decrit les mesures realisees a Q2 = 0.2 GeV2. Il est divise en cinq chapitres; le premier decrit le cadre theorique des GPs; le second presente les differents modeles theoriques et resume les resultats obtenus par les experiences precedentes; le troisieme chapitre detaille l'appareillage experimental; la calibration de celui-ci est expliquee dans le quatrieme chapitre; le cinquieme chapitre est consacre a la description des fits de l'effet des GPs. (auteur)

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Original title (English)
Mesure des polarisabilites generalisees du proton par la diffusion Compton virtuelle a MIAMI a Q2 = 0.2 GeV2

Publishing Information

Imprint Pagination
160 p.
Report number
FRNC-TH--14042

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
54039684
Subject category
S73: NUCLEAR PHYSICS AND RADIATION PHYSICS; S72: PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
COMPTON EFFECT; DATA ANALYSIS; ELECTROPRODUCTION; PROTONS; STRUCTURE FUNCTIONS; TOTAL CROSS SECTIONS
Descriptors DEC
BARYONS; CROSS SECTIONS; DATA PROCESSING; ELASTIC SCATTERING; ELECTROMAGNETIC INTERACTIONS; ELEMENTARY PARTICLES; FERMIONS; FUNCTIONS; FUNDAMENTAL INTERACTIONS; HADRONS; INTERACTIONS; NUCLEONS; PARTICLE INTERACTIONS; PARTICLE PRODUCTION; PROCESSING; SCATTERING

Optional Information

Notes
100 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses