Étude du contenu en gluons du pion par la production exclusive de mésons vecteurs avec CLAS12 // Investigating the Gluon Content of the Pion through Exclusive Vector Meson Production with CLAS12

Le pion est une particule clé pour comprendre la chromodynamique quantique (QCD), la théorie qui décrit l’interaction forte. Cependant son contenu en gluons reste encore mal connue. Cette thèse explorera une nouvelle méthode pour étudier le contenu en gluons du pion, en associant la production de mésons vecteurs au processus de Sullivan, qui permet d’étudier le pion lors de collisions électron-proton sans avoir besoin d’une cible dédiée de pions.
Le doctorant ou la doctorante analysera les données déjà collectées par l’expérience CLAS12 au Jefferson Lab, afin d’étudier la production exclusive de mésons phi près du seuil de production sur le pion. L’objectif sera d’évaluer la possibilité d’isoler expérimentalement le processus de Sullivan et d’accéder aux facteurs de forme gravitationnels du pion associés aux gluons, qui renseignent notamment sur la distribution interne de sa masse et de sa pression. L’analyse reposera sur l’identification des particules, la reconstruction des événements, la maîtrise des processus physiques concurrents et le développement d’un générateur d’événements dédié.
Le projet comprendra également des études de faisabilité pour de futures mesures auprès du collisionneur électron-ion (EIC), dont les énergies de collision plus élevées pourraient ouvrir de nouvelles perspectives pour sonder la structure gluonique du pion, notamment à travers la production de mésons J/psi.
Mené au sein du Laboratoire de Structure du Nucléon (LSN) du CEA/Irfu, ce projet associe analyse de données expérimentales, phénoménologie et simulations de détecteurs. Il offre à un étudiant ou une étudiante de master l’occasion de contribuer à une étude originale de la QCD, tout en participant à la préparation de futures mesures dans le cadre d’un programme international de recherche.
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The pion is a key particle for understanding Quantum Chromodynamics (QCD), the theory of the strong interaction. However, its gluon content, remains poorly understood. This thesis will explore a novel way to investigate the gluon content of the pion, combining vector meson production and the Sullivan process, which allows the pion to be studied in electron-proton collisions without requiring a dedicated pion target.
The student will analyse existing data from the CLAS12 experiment at Jefferson Lab to study exclusive phi-meson production near threshold on the pion. The goal is to establish the feasibility of isolating the Sullivan process and accessing the pion’s gluon gravitational form factors, which provide insight into its internal mass and pressure distributions. The analysis will involve particle identification, event reconstruction and background suppression and development of a dedicated event generator.
The project will also include feasibility studies for future measurements at the Electron-Ion Collider (EIC), where higher collision energies could open new opportunities to investigate the pion’s gluon structure, including through J/psi production.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique Nucléaire
Laboratoire : Laboratoire structure du nucléon (LSN)
Date de début souhaitée : 01-10-2027
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : BOSSU Francesco
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DPhN/LSN
URL : https://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=4189

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique Nucléaire