Le projet a été motivé par les récents développements dans la mesure des structures 3D du proton, rendus possibles par des développements théoriques sur les distributions de partons généralisées (GPD) et les fonctions de distribution de partons dépendantes du moment transverse (TMD). Alors que l’application de ces cadres à l’étude des noyaux a été explorée très tôt, l’accès expérimental a longtemps été impraticable, laissant la structure 3D nucléaire complètement inconnue. Cependant, une percée expérimentale récente a ouvert la possibilité d’effectuer ces mesures avec des opportunités uniques d’explorer la structure partonique du noyau de manière totalement nouvelle.
En utilisant le framework des GPD, nous pouvons non seulement effectuer une tomographie 3D, mais également accéder aux degrés de liberté non nucléoniques du noyau. Le cadre des TMD, quant à lui, est sensible à des physiques très différentes dans les noyaux, offrant un accès unique à la structure nucléaire dans l’espace des impulsions et, à travers elle, à l’échelle de saturation des gluons. De plus, ces développements expérimentaux ont suscité un regain d’intérêt pour la mesure de réactions dans lesquelles on détecte les restes du noyau en même temps que l’on détecte des hadrons de haute énergie. De telles expériences, sur des noyaux lourds, sont l’une des meilleures opportunités pour comprendre l’origine de la modification de la structure des quarks nucléaires, ce qu’on appelle l’effet EMC.
Pour réaliser ces expériences, nous construisons un nouveau détecteur au design original nommé ALERT (A Low Energy Recoil Tracker). Ce détecteur mesurera la diffusion nucléaire profondément virtuelle (DVCS) à une luminosité beaucoup plus élevée que dans l’expérience phare mentionnée ci-dessus. Dans le même temps, son excellente capacité à différencier les isotopes nucléaires, ouvrira l’opportunité de mesurer les réactions marquées, dans lesquelles nous détectons les restes du noyau. Le projet portera cet effort en abordant tous les différents aspects expérimentaux du domaine, de la R&D des détecteurs à la phénoménologie nécessaire à l’interprétation des données.
Les objectifs du projet sont (i) de réaliser indépendamment la tomographie des quarks et des gluons du noyau d’hélium, (ii) de mesurer les TMD nucléaires et l’échelle de saturation des gluons, (iii) de comprendre les corrélations entre l’effet EMC et le mouvements des nucléons dans le noyau, et (iv) concevoir et construire le détecteur ALERT nécessaire à ces expériences. Ces différents objectifs forment un programme cohérent pour faire avancer notre compréhension du noyau, d’un système à quelques corps composé de protons et de neutrons, à un objet entièrement QCD défini en termes de quarks et de gluons. En particulier, ce projet répondra aux questions clés de la physique hadronique moderne, à savoir : « Les distributions de quarks et de gluons sont-elles modifiées de manière similaire dans le noyau ? », « Quelle est l’échelle de saturation des gluons et est-ce qu’elle évolue dans les noyaux comme A1/3 ? », et « Quelle est l’origine de l’effet EMC ? »