Les gluons, porteurs de l'interaction forte, sont cachés à l'intérieur des nucléons, et leur distribution dans les noyaux est presque inexplorée. La photoproduction du méson lourd J/ψ près du seuil est considérée comme sensible au champ gluonique, mais jusqu'à présent, les mesures n'avaient été effectuées que sur le proton libre. Ce travail s'inscrit dans la lignée des expériences récentes GlueX, J/ψ-007 et CLAS12, qui ont extrait les facteurs de forme gluoniques du proton, mais aucune donnée n'existait sur le neutron et les nucléons liés. La nouvelle mesure comble cette lacune et permet de comparer directement la structure gluonique du proton et du neutron dans le noyau.
L'expérience a été réalisée sur l'installation CLAS12 avec une cible de deutérium liquide à des énergies de faisceau d'électrons de 10.2 à 10.6 GeV. Les mésons J/ψ étaient produits par des photons quasi réels et se désintégraient en paires électron-positon, détectées en coïncidence avec le noyau de recul (neutron ou proton). Pour isoler le signal, la masse invariante de la paire de leptons a été ajustée par la somme d'un polynôme et d'une fonction de Breit-Wigner. L'efficacité du détecteur a été déterminée par simulation Monte Carlo, et les incertitudes systématiques ont été estimées en faisant varier les procédures d'analyse.
Les sections efficaces totale et différentielle de photoproduction de J/ψ sur le neutron et le proton liés ont été obtenues. Dans les limites des incertitudes, les sections efficaces pour le neutron et le proton coïncident, ce qui indique une faible contribution des mécanismes brisant l'isospin. À partir des sections efficaces différentielles, les facteurs de forme gluoniques $A_g$(t) et $C_g$(t) ont été extraits dans le cadre de la QCD holographique et des modèles de distributions de partons généralisées. Le rayon de masse du nucléon lié s'est avéré être de 0.48±0.05 fm selon le modèle de dominance vectorielle, ce qui est inférieur à la valeur de 0.52±0.02 fm pour le proton libre. Cela indique une possible compression du nuage gluonique dans le milieu nucléaire.
Ce travail démontre pour la première fois que la structure gluonique du neutron est accessible à l'étude expérimentale via la photoproduction de J/ψ. Contrairement aux travaux voisins, axés sur le proton libre, ici c'est le neutron lié qui est mesuré, ouvrant la voie à une étude systématique des modifications nucléaires des champs gluoniques. La coïncidence des sections efficaces pour le neutron et le proton contraint les modèles avec charme ouvert et confirme la dominance de l'échange à deux gluons près du seuil.
La poursuite de la prise de données sur CLAS12 et l'analyse des désintégrations de J/ψ en paires de muons permettront de réduire de moitié les incertitudes statistiques. Des données ont déjà été accumulées sur des noyaux de carbone, d'aluminium, de cuivre, d'étain et de plomb, qui montreront comment la structure gluonique varie avec la taille du noyau. Ces mesures serviront de référence pour le futur programme de l'EIC (Electron-Ion Collider), où les gluons nucléaires seront étudiés avec une grande précision.
Les résultats influenceront les modèles d'interactions fortes dans les noyaux, l'interprétation des données de diffusion profondément inélastique et la planification des expériences au futur collisionneur électron-ion.
Terminer la prise de données des 60% restants du temps approuvé sur CLAS12 et effectuer l'analyse des données sur les noyaux lourds. En parallèle, affiner les modèles théoriques pour séparer les contributions des échanges à deux et trois gluons.
La question de la contribution de l'échange à trois gluons et des pentaquarks à charme caché dans la photoproduction de J/ψ reste ouverte. Les nucléons liés offrent une opportunité unique de tester ces mécanismes en comparant neutron et proton, mais des données avec des incertitudes plus faibles sont nécessaires pour une conclusion définitive.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
Cette étude présente la première mesure des sections efficaces de photoproduction du méson J/ψ sur un neutron lié, réalisée dans l'expérience CLAS12 avec une cible de deutérium liquide. Les résultats sont comparés aux données sur le proton, permettant d'extraire les facteurs de forme gluoniques et d'estimer le rayon de masse du nucléon lié.
Où est sa force
Ce travail démontre que la structure gluonique du neutron est accessible expérimentalement via la photoproduction de J/ψ, ouvrant ainsi la voie à une étude systématique des modifications nucléaires des champs de gluons.
Vers où avancer
À essayer
Pourquoi cela peut compter
Les données obtenues sur la structure gluonique du neutron lié pourraient servir de point de départ pour étudier les effets du milieu nucléaire sur les interactions fortes et affiner notre compréhension de la production de quarkonia lourds dans les noyaux.
Travaux voisins dans notre archive
L'archive est vide autour de ce travail : l'analyse la plus proche n'est qu'à 0.58, contre 0,64 d'ordinaire. Il semble qu'on ait peu foré à côté.
Le méson J/ψ a été découvert en 1974 simultanément par deux groupes et a été la première confirmation de l'existence du quark charmé. Sa masse est d'environ 3.1 GeV, soit trois fois celle du proton, c'est pourquoi la production d'un tel méson nécessite un photon d'énergie d'au moins 8.2 GeV.