Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Une question centrale actuelle en physique des particules est de comprendre l’origine de la masse des particules, par l’exploration des propriétés du boson de Higgs, en particulier son interaction avec lui-même. Un collisionneur électron-antiélectron est alors un outil de choix permettant de faire de la physique de précision. Dans ce cadre, le projet « Future Circular Collider Innovation Study » (FCCIS) a pour but de livrer un rapport conceptuel détaillé et donner un plan d’implémentation à long terme et pérenne d’un collisionneur électron-antiélectron de 100 km de long au CERN.

Le doctorant rejoindra une collaboration comprenant plusieurs laboratoires de renommée internationale comme le CERN, DESY, l’INFN ou KIT. La thèse portera sur le booster, l’anneau chargé d’accélérer les électrons jusque l’énergie nominale avant injection dans le collisionneur. Le booster présente plusieurs défis.

i)l’énergie d’injection. Le doctorant fixera l’énergie minimale admissible pour injecter dans le booster ; ce choix aura un fort impact sur le complexe d’injection et sur son coût.

ii) l’optique de l’anneau. Le doctorant proposera différentes optiques et des solutions innovantes pour accélérer l’obtention des conditions d’équilibre.

iii) l’injection dans le collisionneur. Le doctorant étudiera comment injecter dans l’anneau et concevra les lignes de transport jusqu’au collisionneur.

Le doctorant utilisera le code MAD-X, code de référence développé au CERN, pour les calculs d’optique.

Suite à la découverte du boson de Higgs au LHC, la communauté de physique des particules explore et propose de futurs accélérateurs, pour répondre aux questions ouvertes sur les constituants élé-mentaires de l’univers. Une des possibilités étudiées est FCC (Future Circula Collider), un colli-sionneur de 100 km au CERN. La version hadronique de FCC (FCC-hh) semble être la seule solution pour atteindre des domaines d’énergie bien au-delà du LHC, dans un futur relativement proche, donnant un accès direct à de nouvelles particules avec des masses jusqu’à des dizaines de TeV. Les taux de production dans les domaines des masses en deçà du TeV sont sans commune mesure avec la version électronique de FCC, ouvrant la porte à des études de physique de précision. Une première étude de faisabilité n’a montré aucun obstacle majeur pour ces collisionneurs, mais a identifié plusieurs défis spécifiques à la dynamique des faisceaux: une grande circonférence (avec les problèmes de génie civil), une faible emittance géométrique, la stabilité du faisceau avec de forts courants, une énergie de colli-sion et une luminosité sans précédent, une énorme quantité d’énergie emmagasinée dans le faisceau, une grande puissance de rayonnement synchrotron et les mécanismes d’injection. Cette thèse portera sur l’optimisation de la version hadronique du futur collisionneur circulaire face aux imperfections linéaires et non linéaires (i.e. les alignements et qualités de champs des aimants). Un point central sera la comparaison des méthodes actuelles de correction, déjà très avan-cées, à celles émergentes et complémentaires basées sur l’apprentissage automatique. L’application de ces techniques aux accélérateurs est l’un des sujets d’actualité dans le domaine et poursuivi dans le monde entier.