Mesure de la diffusion compton virtuelle en dessous du seuil de creation de pion a quadri-moment transfere au carre Q^2=1.(GeV/c)^2

La physique hadronique s'intéresse à décrire la structure interne du nucléon. Malgrès de nombreux efforts, la structure non perturbative de la Chromody­namique Quantique QCD) n'est encore comprise que partiellement. Il faut de nouvelles données expérimentales pour guider les théories ou contraindre les modèles. La sonde électromagnétique est ici un outil privilégié. En effet, les électrons sont ponctuels, ne sont pas sensibles à l'interaction forte (QCD) et leur interaction (QED) est connue. Cette sonde propre fournie une image nette du hadron sondé. Les techniques classiques pour sonder la structure électromagnétique du nucléon sont la diffusion élastique d'électron, la diffusion profondément inélastique et la diffusion Compton réelle (RCS) gamma p -> p gamma. La diffusion élastique d'électron sur le nucléon donne accès aux facteurs de forme qui décrivent ses distributions de charge et de magnétisation (chapitre 2), alors que le RCS permet la mesure des polarisabilités électrique et magnétique qui décrivent l'aptitude qu'a le nucléon à se déformer quand il est exposé à un champ électromagnétique (chapitre 2), tandis que la diffusion profondément inélastique donne accès aux densités partoniques. Plus récemment, on s'est intéressé à l'étude de la structure du nucléon par l'intermédiaire de la diffusion Compton virtuelle (VCS) gamma* p -> p gamma (chapitre 3). Contrairement au RCS, l'énergie et le moment du photon irtuel peuvent être variés indépendemment l'un de l'autre. C'est ainsi que le VCS fournit une information nouvelle sur la structure interne du nucléon. Au dessous du seuil de création du pion, le VCS sur le proton donne accès à de nouvelles observables de structure du nucléon, les polarisabilités généralisées, ap­pelées ainsi car elles constituent une généralisation des polarisabilités obtenues avec le RCS. Les polarisabilités généralisées sont fonction du carré Q2 du quadri-moment du photon virtuel. Elles caractérisent la réponse du proton à l'excitation électromagnétique dû au photon virtuel incident. On peut ainsi étudier la déformation des distributions de charge et de courant mesurées en diffusion élastique d'électrons, sous l'influence de la perturbation par un champ électromagnétique. A mesure que l'énergie de la sonde augmente, le VCS devient non seulement un outil de précision pour avoir accès à une information globale sur le proton dans son état fondamental, mais aussi sur tout son spectre d'excitation, procurant ainsi un nouveau test de notre compréhension de la structure du nucléon. Expérimentalement, on peut accéder au VCS par l'électroproduction d'un photon réel sur le proton e p -> e p nu. Dans le processus VCS proprement dit, un photon virtuel est échangé entre l'électron incident et le nucléon cible qui émet alors un photon réel. Cette mesure n'est pas aisée etant donné la faible amplitude des sections efficaces mises en jeu. De plus, le VCS n'est obtenu que par interférence avec le terme de Bethe-Heitler en particulier (émission d'un photon par l'électron) qui domine ou interfère fortement. Par ailleurs, l'émission d'un pion neutre qui décroît en deux photons est à l'origine d'un bruit de fond physique qui peut géner l'extraction du signal VCS. La combinaison de l'accélérateur CEBAF (chapitre 5) de faible émittance par rapport à d'autres installations, de grand cycle utile et de grande luminosité ainsi que les spectromètres haute résolution de la salle expérimentalle Hall A (chapitre 6) a permis d'étudier le VCS courant mars-avril 1998 à Jefferson Lab situé dans l'état de Virginie aux Etats-Unis. Les données de cette présente thèse ont ainsi été prises à Q2 = 1 (GeV/c) à l'aide d'un faisceau d'électrons de 4 GeV incident sur une cible cryogénique d'hydrogène liquide. L'électron et le proton diffusés furent détectés respectivement dans les spectromètres (et détecteurs associés) Electron et Hadron du Hall A. Les particules incidentes étant également connues, une technique de masse manquante a été utilisée pour isoler les photons VCS (chapitre 4). Un des problèmes majeurs dans la sélection des événements VCS provient d'une très large pollution par des protons de transmission (chapitre 9). Ces derniers sont en fait détectés alors qu'ils auraient dû être stoppés au niveau du collimateur à l'entrée du bras Hadron. On attribut leur origine à des cinématiques élastique pure, élastique radiative et de création de pion neutre. Cependant les variables reconstruites au vertex de tels événements sont entachées d'inconsistance, ce qui permet leur rejection. Après calibration de l'équipement (chapitre 7) et analyse des données (chapitres 8 à 11), des sections efficaces furent extraites mais restent préliminaires. Un intervalle de valeur pour chacune de deux fonctions de structure faisant intervenir les polarisabilités généralisées fut alors obtenu à Q2 = 0,93 GeV2 : PLL - PTT/epsilon in [4;7] GeV-2 et PLT in [-2;-1] GeV-2. Ce nouveau point sur une courbe présentant chacune des fonctions de structure précédentes en fonction de la variable Q2 s'ajoute aux résultats RCS et d'une précédente expérience VCS. L'interprétation de ces courbes confirme une forte compensation des contributions para- et dia-magnétique du proton. La comparaison de l'évolution en Q2 des polarisabilités généralisées électrique et magnétique nous permet finalement d'observer les différences de réarrangement spatial des distributions de charge et de courant.NI