Proton structure studies using hard exclusive processes at COMPASS experiment

Abstract

Exkluzivní procesy, jako je hluboký virtuální Comptonův rozptyl (DVCS) nebo tvrdá exkluzívní produkce mesonů (HEMP), jsou jedinečným nástrojem ke studiu 3D struktury nukleonu pomocí zobecněných partonových distribucí (GPD). GPD představují perspektivní a málo prozkoumaný směr studia struktury a vnitřní dynamiky nukleonu, který může značně rozšířit úroveň znalostí získanou prostřednictvím partonových distribučních funkcí (PDF). Přestože nejčistším experimentálním kanálem pro studium GPD je DVCS, exkluzivní produkce me- sonů jednak poskytuje přístup ke komplementárním GPD, na které DVCS citlivé není, jednak pomůže rozlišit GPD specifické pro kvarky různých vůní podle kvarkového složení daného mesonu. Exkluzívní produkce π0 navíc představuje hlavní zdroj pozadí pro DVCS proces, což z něj činí proces hodný zájmu. For- malismus GPD je shrnutý v první, teoretické části této práce. Experiment COMPASS se věnoval studiu exkluzívních procesů v druhé fázi svého exper- imentálního programu, COMPASS-II. GPD program započal 4-týdenním pi- lotním během v roce 2012, a pokračoval hlavní částí měření v letech 2016 a 2017. Byl použit mionový svazek obou polarit s energií 160 GeV/c a terč z kapalného...

The exclusive processes, such as hard exclusive meson production (HEMP) and deeply virtual Compton scattering (DVCS) are an excellent tool for studying generalised parton distributions (GPD). GPDs provide a novel and relatively unexplored view into the structure of nucleon and expand the knowledge given from parton distribution functions (PDF) and parton densities to a more com- plex, three-dimensional picture. While the golden channel of GPD parametri- sation is DVCS, the exclusive meson production gives access to complementary GPDs, provides information of flavour dependence of GPDs, and in case of exclusive π0 production in particular, also represents the main background pro- cess of DVCS, hence it is essential to constrain it. The theoretical formalism of GPD and HEMP description is outlined in the first part of the thesis. The mea- surement of exclusive processes represents an important part of COMPASS-II programme. The dedicated GPD programme commenced with a 4-weeks-long pilot run in 2012, followed by the main data taking in 2016-2017, using 160 GeV/c muon beams and a liquid hydrogen target, equipped with a recoil pro- ton detector. The COMPASS spectrometre and its configuration for the GPD programme is described in the second section. The exclusive processes require a perfect performance of...