STAGE Tomographie du nucléon : imager les gluons à l’intérieur du proton

Le projet de stage se concentre sur des simulations de diffusion d’électrons au collisionneur électron-ion, la prochaine grande installation mondiale de physique des hadrons, qui sera construite aux États-Unis. Les processus de diffusion d'électrons étudiés sont sensibles à la structure interne du proton.

La diffusion d'électrons de haute énergie sur un proton est l'une des techniques expérimentales les plus performantes dans l'étude de sa structure. Des expériences à l'accélérateur linéaire SLAC dans les années 1950 et 1960, utilisant un faisceau d'électrons et une cible fixe d'hydrogène, ont montré que le proton avait une extension spatiale et possédait des centres de diffusion ponctuels à l'intérieur, appelés partons. L’identification ultérieure de ces centres de diffusion comme quarks a conduit à la compréhension du proton comme un état lié de quarks, confinés par l'interaction forte via l'échange de gluons. La théorie de la chromodynamique quantique (QCD) décrit ces interactions, mais ses équations ne peuvent pas être résolues analytiquement pour calculer les propriétés du proton. Notre compréhension de la structure du proton repose donc fortement sur son étude expérimentale. Comprendre les distributions des quarks et des gluons à l'intérieur du proton permet de répondre à questions sur leur structure, et ainsi de mieux comprendre la matière qui constitue plus de 99% de la masse visible de l'univers. La région du proton dominée par les gluons été très peu explorée en diffusion d'électrons, mais un nouvel accélérateur pour l'étudier avec une précision inégalée sera bientôt construit au Brookhaven National Laboratory aux États-Unis : l'Electron-Ion Collider (EIC).

Le stage se déroulera au Laboratoire de Structure du Nucléon (LSN) de l'Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers (IRFU). Il se concentrera sur l'étude des processus de diffusion sensibles aux distributions de partons dans un proton à l'EIC et sur l'optimisation des détecteurs. Plus précisément, il s'agira d'utiliser des programmes informatiques pour exécuter des simulations de processus de diffusion à l'EIC avec différentes configurations de détecteurs et d'analyser, à l'aide de techniques statistiques, les données produites dans une simulation d'expérience. Le projet offre au candidat l'opportunité de participer à la conception des détecteurs du nouveau collisionneur et de contribuer à l'évaluation de son potentiel physique.