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Détection d’amas de galaxies par effet de lentille gravitationnelle faible pour CFIS et Euclid
Galaxy cluster detection with Weak Lensing for CFIS and Euclid

Spécialité

Astrophysique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

28/02/2020

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

PIRES Sandrine
+33 1 69 08 92 63

Résumé/Summary
Euclid est une mission de l’ESA de référence internationale en cosmologie qui doit être lancée en 2022.
Le laboratoire AIM est fortement impliqué dans cette mission dont il est à l’origine. Il est aussi fortement impliqué dans le relevé CFIS (PI : Jean-Charles Cuillandre) qui est en cours et qui doit fournir une partie des données sol nécessaires à la mission Euclid.

Dans Euclid, le laboratoire AIM à la responsabilité de développer les méthodes pour la construction du catalogue d’amas de galaxies détectés par effet de lentille gravitationnelle faible. Dans ce contexte, une prototype dédié à la detection d’amas de galaxies à partir uniquement de ses effets de lentille gravitationnelle a été développé.
Le but du stage est de mettre en oeuvre et d’évaluer la qualité de ce prototype et de l’appliquer au relevé CFIS.
The laboratory AIM initiator of the mission, is strongly involved in Euclid. AIM is also strongly involved in the ongoing CFIS survey (PI: Jean-Charles Cuillandre) that has to provide some of the ground-based data necessary for the Euclid mission.
In Euclid, AIM has the responsibility to provide the catalogue of galaxy clusters detected by weak lensing.
In this context, one prototype dedicated to the detection of galaxy clusters using exclusively the weak lensing signal has been developed. The internship aims to evaluate the quality of the prototype on simulated data and to apply it on CFIS data.
Sujet détaillé/Full description
Contexte scientifique:
Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers liées par la gravité. Leur contenu est le reflet de celui de l'Univers: 85% de matière noire et seulement 15% de matière ordinaire. Les amas sont une précieuse source d'information pour la Cosmologie et sont particulièrement importants pour l'étude de la matière noire. La deflexion des rayons lumineux par les amas de galaxies par effet de lentille gravitationnelle permet de cartographier la masse des amas indépendamment de sa nature. Les relevés grand champ dédiés à la mesure du cisaillement gravitationnel tels que CFIS et Euclid vont permettre pour la première fois de détecter des amas de galaxies directement sur leur masse totale. Cela va nous permettre de construire un catalogue d'amas représentant la vraie population d'amas qui va ainsi nous permettre de mieux contraindre les abondances d'amas de galaxies dans l'Univers.

Sujet:
Les objectifs du stage sont les suivants:
1- A partir de simulations d’amas de galaxies réalistes obtenues à partir de simulations cosmologique, le candidat(e) utilisera le prototype de la méthode de détection pour construire un échantillon d’amas de galaxies et évaluera la qualité de la sélection en termes de pureté et complétude de l’échantillon.
2- Le candidat(e) appliquera ensuite le prototype aux données CFIS pour obtenir un échantillon d’amas de galaxies détectés par effet de lentille gravitationnelle.
3- Le candidat(e) pourra éventuellement proposer une nouvelle méthode de détection.

Le travail proposé permettra à l’étudiant de se familiariser avec les problèmes inverses, les méthodes de traitement du signal parcimonieuses et le domaine des amas de galaxies. Ce stage pourra éventuellement déboucher sur une thèse.

Candidat:
Le candidat est un étudiant en Master 2 (ou équivalent) en astrophysique ou traitement du signal/image. Une experience de programmation en python est un plus.

Contexte d’accueil:
Le stage se déroulera au sein du département d'astrophysique (http://irfu.cea. fr/Sap) du CEA Saclay, à l'interface entre le groupe amas de galaxies et le groupe CosmoStat. Le groupe CosmoStat a une expertise reconnue en traitement du signal, il est composé d’une équipe pluri-disciplinaire dont les recherches incluent le développement de nouvelles méthodes statistiques et de traitement du signal et leurs applications à l’analyse des données pour la cosmologie et d’autres domaines. Le groupe Amas de Galaxies utilise des observations multi-longueur d’ondes (optique, X, mm) pour comprendre les propriétés des amas de galaxies. Ils possèdent une longue expérience dans les observations X et ont été les principaux acteurs dans la construction et l’exploitation du catalogue d’amas de galaxies obtenu à partir du relevé SZ Planck. L'encadrement sera mené conjointement entre Sandrine Pires (Astrostatisticienne et spécialiste du cisaillement gravitationnel) et Gabriel Pratt (spécialiste des amas de galaxies).
Scientific context
Clusters of galaxies are the largest and most massive collapsed structures in the Universe. Their content reflects that of the Universe : 85% of dark matter and only 15% of ordinary matter in the galaxies and the inter-galactic gas. Clusters contain valuable information on cosmology, and are particularly important for dark matter studies. Weak Lensing is the process in which light from background galaxies is bent by foreground objects (i.e cluster of galaxies) as it travels toward us. The resulting distorsions in the shape of background galaxies provides a direct way to probe the total mass distribution of galaxy clusters.
Weak lensing surveys covering a large fraction of the sky such as CFIS and Euclid will offer for the first time the possibility to detect galaxy clusters based on their lensing signal i.e. directly on their total mass. This will allow us to build a galaxy cluster catalogue representative of the true cluster population, providing new constraints on galaxy cluster abundances in the Universe.

Subject
The objectives of the internship are the following:

1- Based on realistic mock observations derived from cosmological numerical simulations, the candidate will use the prototype of the detection method to build a sample of galaxy clusters detected exclusively from their lensing signal and assess its associated completeness and purity.
2- The candidate will apply the prototype on CFIS data in order to build a real sample of galaxy clusters detected using only their weak lensing signal.
3- The candidate can potentially suggest a new methods of detection.

The proposed work will allow the student to learn about inverse problems, sparse image processing and galaxy clusters. This internship project can potentially be continued as a PhD.

Candidate:
The candidate should be a Master 2 (or equivalent) in either physics, astrophysics or signal/image processing. Experience with python coding would be advantageous.

Scientific environment:
The internship will take place in the Astrophysical Department of CEA Saclay (http://irfu.cea.fr/dap/), at the interface of the Galaxy Clusters group and the CosmoStat group (http://www.cosmostat.org). The CosmoStat group is recognised for its expertise in Signal processing, it hosts a multidisciplinary team whose research include statistical methods, signal processing, and cosmology. The Galaxy clusters group uses multi-wavelength (optical, X-ray, mm) data to probe the properties of galaxy clusters. They have extensive experience of X-ray observations, and were key members in the construction and exploitation of the cluster catalogue from the Planck SZ survey. Supervision will be jointly performed by Sandrine Pires (Astrostatistician and Weak Lensing expert) and Gabriel Pratt (Galaxy Cluster expert).
Logiciels
python
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Développement d'outils web de visualisation interactive de données pour l'astrophysique
Web interactive data visualization software development for astrophysics

Spécialité

Génie logiciel

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/04/2020

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

CHAPON Damien
+33 1 69 08 50 75

Résumé/Summary
Stage de développement d'une librairie unifiée de visualisation de données basée sur D3JS permettant d'intégrer des graphiques interactifs dans diverses applications web pour l'astrophysique.
Sujet détaillé/Full description
Au sein du département d’électronique et d'informatique pour la physique (DEDIP) de l’Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers (IRFU), plusieurs applications web sont développées afin de permettre aux astrophysiciens de l'institut (IRFU/Département d'Astrophysique) de partager sur le web leurs résultats de simulations numériques (MHD solaire, planétologie, explosion de supernovæ, formation d'étoiles, milieu interstellaire, dynamique galactique, cosmologie) ou de leurs observations astronomiques en cosmologie (catalogues d'amas de galaxies observées par les missions XMM, Planck, etc.). Ces plateformes s'inscrivent dans une initiative européenne (OpenScience) et française (Plan National pour la Science Ouverte) visant à rendre publiques les données de la recherche financée par des fonds publics, selon les principes FAIR (Facile a trouver, Accessible, Interopérable et Réutilisable : https://www.go-fair.org).

Tirant parti des technologies modernes du développement web (Django, HTML5, Bootstrap, Jquery-ui, MathJax), ces applications permettent aux visiteurs d'explorer des jeux de données astrophysiques avec des outils avancés tout en étant ergonomique pour les utilisateurs. L'objectif de ce stage est de développer et d'intégrer à ces applications web une librairie de visualisation interactive de données issues de la recherche en astrophysique, basée sur D3JS (https://d3js.org), et répondant aux besoins métiers spécifiques à l'astrophysique (sélection, sous-échantillonnage, filtrage, recherche de tendance, identification d'outliers, etc.). Ces outils de visualisation interactive de données en ligne auront un impact énorme sur l'expérience utilisateur et permettront de faciliter grandement l'exploration des jeux de données issus de l'astrophysique auprès des visiteurs :
- astronomes cherchant à comparer les modèles théoriques testés dans les simulations aux observations en vue de préparer des campagnes d'observation sur les grands instruments (ALMA, etc.),
- des astrophysiciens numériciens souhaitant confronter différents modèles théoriques et leurs réalisations numériques,
- le grand public.

Ces développements de librairie unifiée de visualisation de données intégrée à une application web bénéficieront à deux bases de données existantes :
- base de donnés de simulations numériques Galactica (http://www.galactica-simulations.eu)
- base de données d'observations en cosmologie M2C-db (Catalogues d'amas de galaxies dans les surveys cosmologiques).
Mots clés/Keywords
Astrophysique, Développement web
Compétences/Skills
POO, Gestion de version sous Git
Logiciels
HTML 5, Javascript, Python, Django
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Développement d’un banc de test pour la caractérisation de circuit intégré (ASIC) pour des applications de recherche en physique fondamentale

Spécialité

Informatique industrielle

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

09/07/2020

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

Bouyjou Florent
+33 1 69 08 74 50

Résumé/Summary
La mission principale du stage concerne le développement d’une interface software dédiée à l’utilisation de la carte de test MATIS en Python. Ce développement permettra le test et la caractérisation de l’ASIC FEANICS.
Sujet détaillé/Full description
Au sein du département d’électronique DEDIP de l’Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers (IRFU), les équipes conçoivent des circuits intégrés à usage spécifique (ASIC) pour les expériences de physique fondamentale: physique des particules, physique nucléaire et astrophysique. Dans le cadre de prochaines missions, nous avons conçu des ASICs contenant des préamplificateurs de charge permettant la lecture de détecteurs de particules.
En parallèle, un banc de test « MATIS », basé sur un FPGA Xilinx Zynq, a été développé dans le but de caractériser une large gamme d’ASICs.

Travail et livrables attendus
La mission principale du stage concerne le développement d’une interface software dédiée à l’utilisation de la carte de test MATIS en Python. Ce développement permettra le test et la caractérisation de l’ASIC FEANICS.
Le stage comportera une phase de prise en main du banc de test existant et des différentes mesures à effectuer sur l’ASIC afin de le caractériser.
Dans un deuxième temps, la conception de l’architecture du software et de son visuel devront être réalisés ainsi que la vérification de son bon fonctionnement sur banc de test.
Pour finir, afin d’automatiser le banc de test et de traiter les données, une phase de traitement, mise en forme et de validation des résultats sera effectuée.

Contact : CV + lettre de motivation
Mots clés/Keywords
Electronique embarquée
Compétences/Skills
Le stagiaire devra répondre aux critères suivants : • Autonomie, curiosité, bonne communication. • Bonne capacité à travailler en équipe. • Connaissances de l’environnement FPGA.
Logiciels
Programmation en langage Python.
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Imager l'activité du tritium avec un détecteur gazeux de type Micromegas pour la recherche médicale
Imaging of tritium with a novel Micromegas gaseous detector for medical applications

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+3

Formation

DUT/L2

Unité d'accueil

Candidature avant le

28/07/2020

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

FERRER-RIBAS Esther
+33 1 69 08 38 52

Résumé/Summary
MEDICAPLUS est un nouveau projet transversal au sein du CEA composé de biologistes et de physiciens pour le développement d'un imageur-beta. Le but du projet est de construire un prototype de détecteur pour effectuer un tri cellulaire en quantifiant la dose exacte des médicaments injectés marqués au tritium. Le projet rassemble des compétences en quantification de médicaments marqués au tritium sur des tissus tumoraux, le développement de circuits microfluidiques, la détection de particules à basse énergie et le traitement du signal et l'imagerie de radioéléments.

Sujet détaillé/Full description
Le stagiaire participera à la caractérisation d'un nouveau détecteur conçu spécialement pour le projet Medicaplus. Il/elle participera aux campagnes de mesure et se focalisera sur la partie analyse des données. Il/elle effectuera un travail d’analyse pour exploiter pleinement les capacités topologiques du détecteur Micromegas afin de mesurer la radioactivité de chaque cellule. Le plan de lecture du nouveau détecteur est très innovant avec différents motifs de pistes/pads multiplexés. Le travail de ce stage devrait nous permettre de choisir le motif le plus adapté et le plus performant pour la mesure d'activé du tritium pour les cellules uniques.
Mots clés/Keywords
imagerie beta, instrumentation, analyse de données, détecteur gazeux, MPGD, Micromegas
beta imaging, instrumentation, data analysis, gaseous detectors, MPGD, Micromegas
Logiciels
C, root
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Optimisation de détecteurs pour le PICOSEC-Micromégas à haute résolution temporelle
Optimization of the fast-timing PICOSEC-Micromegas detector

Spécialité

Instrumentation

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 1

Unité d'accueil

Candidature avant le

12/06/2020

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

SOHL Lukas
+33 1 69 08 71 38

Résumé/Summary
Le stagiaire participera activement à la caractérisation et à l'amélioration du détecteur en optimisant la photocathode et le mélange gazeux pour le projet PICOSEC-Micromégas. Cela se fera par des mesures au laboratoire et/ou une analyse concluante des données en fonction des compétences et des intérêts du stagiaire.
The student will actively participate in the characterisation and improvement of different detector components like the photocathode and the gas mixture for the PICOSEC-Micromegas project. This will be done by measurements at the laboratory and/or conclusive data analysis depending on the skills and interests of the student.
Sujet détaillé/Full description
Contexte scientifique :
Des détecteurs avec une résolution temporelle de plusieurs dizaines de picosecondes et une tenue au flux de particules élevées sont nécessaires pour une séparation précise des événements dans de futures expériences de physique des particules dans le cadre du HL-LHC au CERN.

Le détecteur PICOSEC-Micromegas, basé sur détecteurs gazeux à anode micro-segmenté (MPGD), relève ce défi. Il est basé sur un détecteur Micromegas couplé à un radiateur Cherenkov et une photocathode. Tous les électrons primaires émanent de la photocathode et le jitter temporel des différentes positions d'ionisation primaire dans le volume gazeux est réduit. La faisabilité du concept PICOSEC-Micromégas a été démontrée et des valeurs de résolution temporelle allant jusqu'à 24 ps ont été mesurées avec un faisceau muons au SPS du CERN.

Les effets des différents paramètres du détecteur, tels que l'intensité du champ électrique, le rendement lumineux de la photocathode et le mélange gazeux sur la résolution temporelle doivent être étudiés. Différentes campagnes de mesures sont proposées pour caractériser l'impact de ces paramétrés sur les performances et la stabilité du détecteur.

Sujet :
Différentes tâches sont possibles et peuvent être combinées selon la disponibilité et intérêt de l'étudiant. Celles-ci sont les suivantes :

• Mesure de l'efficacité d'extraction de différents matériaux de photocathode (B4C, DLC, CsI, ....) dans un monochromateur
• Mesure de la corrélation entre l'intensité du champ électrique et le nombre d'électrons extraits d'une photocathode
• Mesure de la forme de signal caractéristique de différents mélanges gazeux et estimation de sa bonne adaptation aux spécification recherchée
• Mesure de la résolution temporelle dans différents mélanges gazeux dans un faisceau laser

Tous les sujets sont adaptables et incluent des mesures en laboratoire suivies d'une analyse de données dédiée.

Candidat :
Le candidat recherché est un étudiant en M1/M2 (ou L3 avec des notes exceptionnelles) en physique, ou en physique appliquée. Une connaissance expérimentale de la physique des particules avec une expérience de laboratoire serait un avantage. Une affinité pour le travail en laboratoire ainsi que la programmation et la volonté d'acquérir de nouvelles compétences sont nécessaires. Une connaissance du c/c+++ avec des connaissances supplémentaires sur ROOT serait avantageuse.


Groupe de travail :
Le groupe travaillant sur les MPGD au DEDIP est mondialement connu pour son développement de détecteurs gazeux. Il a été pionnier dans le développement des détecteurs Micromégas qui sont aujourd'hui utilisés dans un grand nombre d'expériences de physique des particules et de physique nucléaire. Le stagiaire intégrera un laboratoires de R&D de haut niveau et aura accès à l'ateliers de fabrication des détecteurs Micromégas. De plus, le projet est étroitement lié au laboratoire diamant LCD, qui participe à la production et au développement pour les matériaux de photocathode robustes, et au laboratoire LiDYL qui propose un système laser UV femtoseconde.
Scientific Context:
Detectors with a time resolution of several 10 ps and a good robustness in high particles flux are necessary for an accurate measurement in future particle physics experiments like the HL-LHC at CERN.

The PICOSEC-Micromegas detector concept is a Micro-Pattern Gaseous Detector (MPGD) based solution addressing this particular challenge. It is based on a Micromegas detector coupled to a Cherenkov radiator and a photocathode. All primary electrons are located in the photocathode and the time jitter due to different primary ionisation positions in the gaseous volume is substituted. A high time resolution feasibility has been demonstrated with this concept and time resolution values of up to 24 ps have been measured with muons from the CERN SPS particle beam.

The effects of different detector parameters like electric field strength, light yield of the photocathode and gas mixture on the time resolution has to be understood. Different measurements are proposed to characterise individually the impact of these components on the detector performance and stability.

Subject:
Different tasks are possible and can be combined depending on the availability and interest of the student. These are in the following:

• Measuring the extraction efficiency of different photocathode materials (B4C, DLC, CsI, …) in a monochromator
• Measuring the correlation of the electric field intensity and the number of extracted electrons from a photocathode
• Measuring the characterisitc waveform of different gas mixtures and estimate its suitability
• Measuring the time resolution of different gas mixtures with a Laser beam

All topics are scalable and include measurements in the lab followed by a dedicated data analysis.

Candidate:
The candidate should be a M1/M2 student (or L3 with exceptional grades) from the domain of physics, or applied physics. An experimental particle physics background with relevant lab experience would be a benefit. An affinity to laboratory work as well as coding and the willingness to learn new competences is required. A fundamental knowledge of c/c++ with additional knowledge about ROOT would be advantageous.


Working Group:
The IRFU (DEDIP) working group is world famous for its gaseous detector development. It was a pioneer in the development of Micromegas detectors which are nowadays used in any large scale physics experiments. It offers high-class R&D laboratories and access to workshops to produce Micromegas detector components. Furthermore the project is tightly bounded with the LCD diamond lab, that participates in the production and development of robust photocathode materials, and with access to a femtosecond UV laser setup for characterisation measurements.
The student will have independent access to the laboratory and to the computer infrastructure. A thight mentoring on a one-to-one basis will be offered.
Mots clés/Keywords
Micromégas, haute résolution temporelle, trajectrographe, photocathode, photodétecteur
Micromegas, Fast-timing, tracking, photocathode, MPGD, photodetector
Compétences/Skills
Le travail se fera dans le cadre d'un groupe de travail international avec des collaborateurs francophones et non francophones. Une bonne compréhension de l'anglais est requise.
The project work will be done in an international working group with francophone and non-francophone collaborators. A good understanding of English is required.
Logiciels
c/c++
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Validation et analyse des données des détecteurs de neutrons Micromegas à utiliser pour la protection dans les accélérateurs
Validation and data analysis of Micromegas neutron detectors to be used for accelerator protection

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 1

Unité d'accueil

Candidature avant le

21/08/2020

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

Segui Laura
+33 1 69 08 80 07

Résumé/Summary
Les détecteurs gazeux Micromegas sont largement utilisés dans différentes expériences de physique nucléaire et des particules. Une nouvelle application pour l'instrumentation des accélérateurs a été développée au CEA, montrant une haute performance par rapport aux autres détecteurs dans les régions de basse énergie des accélérateurs linéaires.
Micromegas detectors are gaseous particle detectors largely used in different particle and nuclear physics experiments. A new application in the field of accelerator instrumentation have been developed at CEA, showing an advanced performance with respect to other detectors at the low energy regions of linear accelerators.
Sujet détaillé/Full description
Un nouveau type de moniteur de perte de faisceau a été conçu au CEA pour améliorer la sécurité des accélérateurs des hadrons. Spécialement conçus pour couvrir la région des basses énergies, plus de 80 détecteurs doivent être intégrés et validés au CEA pour être livrés à la Source Européenne de Spallation de l'ESS, où ils seront installés. Au cours du stage, le stagiaire peut participer à toutes les étapes: de l'intégration des détecteurs finaux à leur validation expérimentale. Plus précisément, le test consiste à caractériser la réponse du détecteur aux neutrons, à vérifier leur étanchéité et paramètres comme la stabilité du piédestal, la consommation BT, etc.

De plus, les données doivent être correctement analysées et organisées. Des codes déjà existants sont disponibles pour cela, nécessitant des modifications mineures.

En outre, plusieurs campagnes de tests et de collecte de données ont été réalisées au passé et une analyse plus approfondie est nécessaire pour l'exploitation complète de ces données. Une partie de cette analyse et son interprétation correspondante peuvent être réalisées au cours du stage. Pour cette activité, les codes sont également prêts à être utilisés avec des modifications mineures requises.

Les trois activités proposées sont liées entre elles et permettront d'avoir un aperçu d'un projet en physique expérimentale, ainsi que d'acquérir de l'expérience avec les programmes d'analyse standard utilisés par la communauté et les techniques expérimentales. Tous peuvent être envisagés à faire ou peuvent être choisis en fonction des intérêts du stagiaire, des capacités et de la date d'arrivé.
A new type of Beam Loss Monitor has been designed at CEA to improve the safety in hadron accelerators. Specially designed to cover the low energy region, more than 80 detectors have to be integrated and validated at CEA to be delivered to the European Spallation Source at ESS, where they will be installed. During the stage, the stagier can participate in all stages from integration of the final detectors to the validation of them experimentally. More specifically the test consist on characterizing the response of the detector to neutrons, checking their gas tightness and parameters as pedestal stability, LV consumption, etc.

In addition, data have to be properly analysed and organized. Already existing codes are available for this, requiring minor modifications.

Moreover, several testing and data taking campaigns have been performed in the past and farther analysis is required for the complete exploitation of the acquired data. Part of this analysis and its corresponding interpretation can be performed during the stage. For this activity codes are also ready to be used with minor modifications required.

The three proposed activities are link together and will help to have an overview of a project in experimental physics, as well as to gain experience with standard analysis programs used by the community and experimental techniques. All of them can be envisaged to be done or may be chosen depending on the interests of the stagier, capabilities and time of arrival.
Mots clés/Keywords
Instrumentation, détecteurs gazeux, analyse de données, détection de neutrons
Instrumentation, gaseous detectors, data analysis, neutron detection
Compétences/Skills
Mesures expérimentales sur détecteurs finals, traitement des données avec le logiciel ROOT, méthode scientifique pour valider un détecteur expérimentalement
Experimental measurements with final modules, data analysis using ROOT (based on C++ code), scientific method to validate a detector experimentally
Logiciels
ROOT et C++ LabView

 

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