Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 18-08-2017

69 sujets IRFU

• Astroparticules

• Astrophysique

• Electromagnétisme - Electrotechnique

• Energie, thermique, combustion, écoulements

• Informatique et logiciels

• Instrumentation

• Interactions rayonnement-matière

• Physique nucléaire

• Physique des accélérateurs

• Physique des particules

• Physique du solide, surfaces et interfaces

• Physique nucléaire

 

Mesure de la masse du quark top par des méthodes innovantes dans l’expérience ATLAS au LHC

SL-DRF-17-0127

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Frédéric DELIOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Frédéric DELIOT

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169086628

Directeur de thèse :

Frédéric DELIOT

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169086628

Le quark top joue un role particulier dans le modèle standard de la physique des particules. En effet même après la découverte du boson de Higgs, le quark top est encore la particule élémentaire la plus lourde connue à ce jour. Une détermination précise de la masse du quark top est essentiel dans le modèle standard en particulier pour estimer la stabilité de notre vide.

La masse du quark top est maintenant mesurée avec une grande précision (autour de 0.5%) par des méthodes dites « standard ». Malgré cette précision, de nombreuses questions demeurent. En effet en raison du fait que le quark top est une particule colorée, il n’est pas trivial de savoir quelle est la masse qui est vraiment mesurée en utilisant ces méthodes standard.



Une manière de dépasser ces limitations est de déterminer expérimentalement la masse du quark top par des méthodes alternatives. Ces méthodes peuvent reposer sur moins d’inputs Monte Carlo ou peuvent avoir moins de sensibilités aux erreurs systématiques que les méthodes standard.



Par exemple, une alternative très prometteuse est de mesurer la masse du quark top dans des événements où un des quarks top se désintègrent leptoniquement et avec un J/’’ créé dans la fragmentation du quark b. La masse du quark top peut alors être extraite à partir de la masse invariant des deux muons provenant du J/’’ et du lepton chargé.



Avec l’ensemble des données accumulées par le détecter Atlas à la fin du Run 2 du LHC en 2018, le doctorant pourra explorer ces méthodes innovantes de mesure de la masse du quark top dont certaines, comme les mesures avec le J/’’, ont le potentiel d’obtenir la meilleure mesure de ce paramètre fondamental du modèle standard.

RECHERCHE DE RÉSONANCES SE DÉSINTÉGRANT EN PAIRES DE BOSONS DE JAUGE (WW, WZ, ZZ) AVEC LE DÉTECTEUR ATLAS & ÉTUDE DES PERFORMANCES DES NOUVELLES CHAMBRES MICROMEGAS DE CE DÉTECTEUR

SL-DRF-17-0159

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Jean-Francois Laporte

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2016

Contact :

Jean-Francois Laporte

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

01 69 08 37 49

Directeur de thèse :

Jean-Francois Laporte

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

01 69 08 37 49

Cette thèse comporte deux parties. Il s'agit d'une part de rechercher des résonances à haute masse se désintégrant en paires de bosons de jauge (WW, WZ, ZZ) avec les données de l'expérience ATLAS, et d'autre part de contribuer aux études des performances des nouvelles chambres Micromegas de ce détecteur.



Différentes extensions du modèle standard prédisent l'existence de nouvelles particules de désintégrant en deux bosons de jauge. L’échelle de masse de ces nouvelles particules, de l'ordre du TeV, est accessible par les expériences du LHC. La recherche des deux bosons de l’état final se fera dans les deux canaux complètement leptonique et semi-leptonique, où un des deux bosons de jauge se désintègre en jets hadroniques. Les performances de la reconstruction de leptons et de jets de haute énergie seront d'abord établies. Ensuite les bruits de fond pouvant ressembler au signal recherché seront estimés. Enfin un travail

particulièrement important consistera à évaluer la signification statistique des résultats obtenus, qu'un signal soit observé (estimation de la masse, des nombres quantiques de la résonance) ou non (limites sur les paramètres des modèles théoriques recherchés).



Afin de pleinement exploiter le potentiel de découverte du LHC, la luminosité instantanée de l’accélérateur augmentera drastiquement dans les prochaines années. Cette augmentation impose la mise en place d'un nouvel appareillage, notamment d'un ensemble de chambres Micromegas devant être installées en 2020. L’étudiant contribuera à la construction et la validation de ces chambres, en particulier par l'analyse des mesures de contrôle qualité au cours de la production des chambres ainsi que des données de tests sous rayons cosmiques.

Physique de Neutrinos avec des bolometres scintillants de Tungstate de Cadmium

SL-DRF-17-0305

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Edelweiss

Saclay

Contact :

Claudia Nones

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Claudia Nones

CEA - DRF/IRFU/SPP/Edelweiss

0169083520

Directeur de thèse :

Claudia Nones

CEA - DRF/IRFU/SPP/Edelweiss

0169083520

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/claudia.nones/

Voir aussi : http://www.csnsm.in2p3.fr/Equipe-Detecteurs-Cryogeniques

Pourquoi les neutrinos sont-ils si légers’ Quelle est la valeur absolue des leurs masses’ Le neutrino est-il égal à son antiparticule, comme un photon ou un pion neutre, ou en différe-t-il comme un neutron’ Malgré les progrés impressionnants que nous avons faits récemment sur la connaissance de cette particule, la liste des questions ouvertes est encore très longue. Et les réponses sont d'une importance capitale pour comprendre les interactions fondamentales des particules et l'évolution de l'Univers. La double désintégration beta sans émission de neutrinos est une transition nucléaire hypothétique et rarissime qui peut clarifier la plupart de ces problèmes intrigantes. Si elle est découverte, elle peut fixer l'échelle de masse des neutrinos, aider à déterminer l'ordre de ses trois masses et démontrer que le neutrino est effectivement égal à son antiparticule, comme Majorana l'avait envisagé il y a plus de quatre-vingts ans. Dans ce projet de thèse, nous proposons de développer une méthode puissante pour étudier la désintégration double-beta de l'isotope Cd-116, l'un des candidats les plus prometteurs à cette transition nucléaire, dans le cadre d'une collaboration internationale. Au cours de la première année, une matrice de quatre détecteurs spéciaux à basse température contenant environ 400 g de Cd-116 sera développée et testée. Ces dispositifs, opérés à une température proche du zéro absolu, seront capables de rejeter le fond de particule alpha, l'effet parasite le plus nocif, en mesurant simultanément les phonons et les photons générés par chaque interaction. La deuxième année, les détecteurs seront installés et optimisés dans le laboratoire souterrain de Modane pour lancer une expérience pilote. Au cours de la troisième année, les données de l'expérience seront collectées et analysées, fournissant des limites compétitives sur l'échelle de masse des neutrinos, dans la région de la fraction de l'eV.

Recherche de trous noirs primordiaux avec le réseau de télescope Cherenkov H.E.S.S.

SL-DRF-17-0582

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe HESS 2

Saclay

Contact :

Jean-François Glicenstein

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Jean-François Glicenstein

CEA - DRF/IRFU/SPP/HESS 2

0169089814

Directeur de thèse :

Jean-François Glicenstein

CEA - DRF/IRFU/SPP/HESS 2

0169089814

H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est un réseau de télescopes Tcherenkov Atmosphériques Imageurs installé en Namibie depuis une dizaine d’années. Il permet d’observer des photons d'énergie supérieure à environ 50 GeV. Ces photons permettent d’identifier les sources de rayons cosmiques chargés de très haute énergie. Les trous noirs font partie de ces sources. Le but de cette thèse est de rechercher des indices de présence de trous noirs exotiques, les trous noirs primordiaux. Ces trous noirs ont des masses beaucoup plus faibles que les trous noirs ordinaires -stellaires ou galactiques- et pourraient avoir été produits en abondance dans l’univers primordial. Les trous noirs primordiaux, s'ils sont de masse suffisamment faible, peuvent s’évaporer sur des durées comparables au temps de Hubble (radiation de Hawking) et produire un sursaut très court (quelques secondes) de photons de haute énergie. Ces photons peuvent être détectés avec H.E.S.S. Les trous noirs primordiaux de plus grande masse peuvent être détectés par d'autre méthodes, par exemple par effet de lentille gravitationnelle.

Tests et caractérisation d’un prototype de caméra pour l’astronomie des hautes énergies

SL-DRF-17-0583

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe HESS 2

Saclay

Contact :

Jean-François Glicenstein

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Jean-François Glicenstein

CEA - DRF/IRFU/SPP/HESS 2

0169089814

Directeur de thèse :

Jean-François Glicenstein

CEA - DRF/IRFU/SPP/HESS 2

0169089814

L’astronomie des très hautes énergies observe le ciel au dessus de 50 GeV. C'est une branche de l’astronomie relativement récente (moins de 30 ans). Après les succès du réseau d’imageurs H.E.S.S. dans les années 2000, il est prévu de construire un observatoire international, le Cherenkov Telescope Array (CTA). Cet observatoire, dont la construction doit démarrer en 2018, comportera deux sites équipés d’une cinquantaine de télescopes. L’IRFU est impliqué, en partenariat avec le CNRS et des partenaires espagnols et allemands dans la construction d’une caméra destinée à équiper les télescopes « moyens » (MST) de CTA, la NectarCAM. Une mini-caméra, prototype de NectarCAM, est en cours d’installation à l’IRFU. Après la réalisation de tests extensifs qui doivent montrer que la NectarCAM est capable de réaliser les performances requises, des observations astronomiques sont prévues sur l’un des sites candidats de CTA. Ces observations permettront de valider entièrement le fonctionnement de la caméra. Le sujet de la thèse comprend les tests en chambre noire de la mini-caméra, puis la préparation et l'analyse des observations astronomiques avec le prototype de NectarCAM sur le site de CTA.

Analyse cosmologique du survey d'amas de galaxies XXL

SL-DRF-17-0633

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire de Cosmologie et d'Evolution des Galaxies (LCEG)

Saclay

Contact :

Marguerite PIERRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Marguerite PIERRE

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Directeur de thèse :

Marguerite PIERRE

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Page perso : http://irfu.cea.fr/xxl

Labo : http://irfu.cea.fr/Sap/

Les amas de galaxies sont - avec les supernovae, le CMB et les oscillations baryoniques - une sonde majeure pour tester les différents modèles cosmologiques. Les comptages d’amas et leur distribution spatiale dans des grands volumes d’univers sont très sensibles à l’équation d’état de l’énergie noire car celle-ci influe sur le volume (effet géométrique) et le facteur de croissance des perturbations de matière (effet gravitationnel). Il existe actuellement une dissension inexpliquée entre les contraintes cosmologiques tirées du CMB et celles provenant des amas des galaxies.

La thèse se situe dans le cadre du projet XXL qui est le plus grand survey extragalactique réalisé par XMM (50 deg2), l’observatoire de ESA opérant dans le domaine des rayons X. Le but ultime du projet est de contraindre l’équation d’état de l’énergie noire à l’aide des quelque 500 amas de galaxies nouvellement découverts dans le survey. En plus de la bande X, il existe des observations dans de nombreuses longueurs d’onde (infra-rouge, optique, millimétrique, radio) ainsi que des simulation numériques à haute résolution. Les observations XMM ont été effectuées de 2011 à 2013 et une première série de 14 articles concernant des échantillons restreints et brillants est sortie en 2016.

Le sujet de thèse se situe dans la dernière phase du projet en proposant une étude détaillée des facteurs affectant la modélisation cosmologique des résultats. Ceci concerne en particulier l’évolution des propriétés physiques des amas qui influent sur leur détection en X ou en optique/infrarouge ainsi que la mesure de leurs masses. On attend une contribution décisive d’XXL pour le domaine 1


Moyens à mettre en œuvre durant la thèse :

Modèles cosmologiques et d’évolution des amas ; chaine de traitement d’image X ; observations multi-longueurs d’onde d’amas de galaxies ; résultats de simulations numériques

Tout est disponible ; l’étudiant devra devenir rapidement opérationnel dans ces domaines.

Cadre de travail :

Consortium international de regroupant une centaine de chercheurs et structuré en projets personnels bien définis.



Site du projet XXL :

http://irfu.cea.fr/xxl

Voir onglet ‘publications’ pour la première série d’articles et les présentations des derniers résultats à des colloques internationaux.



Court article résumant les résultats actuels et les prochaines étapes jusqu'à l'analyse cosmologique finale: https://arxiv.org/abs/1610.01781





Excellents candidats recherchés. Bonne connaissance de l’anglais nécessaire.



Analyse en temps réel du ciel transitoire avec CTA

SL-DRF-17-0566

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Thierry STOLARCZYK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Thierry STOLARCZYK

CEA - DRF/IRFU/SAp/LEPCHE

+33 1 69 08 78 12

Directeur de thèse :

Thierry STOLARCZYK

CEA - DRF/IRFU/SAp/LEPCHE

+33 1 69 08 78 12

Page perso : http://neutrini.free.fr

Labo : http://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3709

Voir aussi : http://www.cta-observatory.org/

L’observatoire CTA est sur le point de révolutionner notre vision du ciel à très haute énergie grâce à des performances 10 fois supérieures aux instruments existants et à des capacités inédites pour la recherche de contreparties aux sources transitoires. L’objectif de la thèse est de participer au démarrage de l’instrument en contribuant à la mise au point de la chaîne de reconstruction des rayons gamma, en l’optimisant pour la recherche de sources transitoires en temps réel, et en analysant ses performances.

Caractérisation de l'atmosphere de planètes extrasolaires avec le JWST

SL-DRF-17-0652

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire Anneaux et Dynamique des systèmes Planétaires (LADP)

Saclay

Contact :

Pierre-Olivier LAGAGE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2016

Contact :

Pierre-Olivier LAGAGE

CEA - DRF/IRFU/SAp/LADP

+33676738723

Directeur de thèse :

Pierre-Olivier LAGAGE

CEA - DRF/IRFU/SAp/LADP

+33676738723

Voir aussi : https://www.jwst.fr/

Le JWST (James Webb Space Telescope), dont le lancement est prévu en octobre 2018, va être un formidable outil pour la caractérisation des planètes extrasolaires. Nous sommes fortement impliqués dans le développement de l’instrument MIRI (Mid InfraRed Instrument) du JWST et coordonnons les observations d’exoplanètes qui seront faites dans le cadre du temps garanti d’observations. Ces observations seront dédiées à la caractérisation de l’atmosphère d’exoplanètes détectées en transit ou en imagerie directe (température, composition moléculaire, présence d’aérosols, …). Une telle étude est non seulement intéressante pour tester les modèles atmosphériques dans des conditions que l’on ne trouve pas dans le système solaire, mais aussi pour contraindre les modèles de formation planétaire. Bien que les molécules clefs dans l’atmosphère d’exoplanètes présentent des raies dans le domaine de longueur d’onde couvert par MIRI (5-28 microns), très peu d’observations ont été possibles jusqu’à présent et c’est MIRI qui ouvrira vraiment ce domaine. La première partie de la thèse consistera à se doter des meilleurs outils pour traite, analyser et interpréter les premières observations avec MIRI. Ces outils seront ensuite utilisés sur des données réelles pour sortir les premiers résultats d’observation d’exoplanètes avec le JWST.

Comprendre la formation des galaxies a grand redshift avec ALMA

SL-DRF-17-0025

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire de Cosmologie et d'Evolution des Galaxies (LCEG)

Saclay

Contact :

Emanuele DADDI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Emanuele DADDI

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

Directeur de thèse :

Emanuele DADDI

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

A major question in observational cosmology is understanding the motivation for the strong rise of star formation in galaxies in the distant Universe up to the cosmic peak observed at z~1-3. Answering this question requires observations of molecular and atomic gas emission lines for large numbers of distant galaxies and insights into the physics of their interstellar medium, i.e, the gaseous reservoirs from which stars are made and galaxies form. We have already obtained substantial allocations of observing time with ALMA in Cycle3 and Cycle4 to observe the first large, statistical sample of 100+ galaxies at 1

Contraindre le modèle de gravité modifiée du Galiléon par la mesure du taux de croissance des structures dans les données du spectrographe eBOSS

SL-DRF-17-0429

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Bao

Saclay

Contact :

Vanina RUHLMANN-KLEIDER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Vanina RUHLMANN-KLEIDER

CEA - DRF/IRFU/SPP/Bao

01 69 08 61 57

Directeur de thèse :

Vanina RUHLMANN-KLEIDER

CEA - DRF/IRFU/SPP/Bao

01 69 08 61 57

L’accélération tardive de l’expansion de l’Univers, mise en évidence à la fin des années 90 et confirmée depuis par les mesures cosmologiques toujours plus précises, reste inexpliquée. La modification de la relativité générale aux échelles cosmologiques offre une piste intéressante. Le modèle du Galiléon est l’un des rares modèles de gravité modifiée viables théoriquement. De plus, il offre une description des mesures actuelles en aussi bon accord que le modèle de la constante cosmologique. Parmi ces mesures, celle du taux de croissance des structures est le moyen le plus direct de tester des déviations éventuelles par rapport à la relativité générale, puisque la gravité est le moteur de la formation des grandes structures de l’Univers. Cette thèse propose de confronter le modèle du Galiléon aux mesures du taux de croissance des structures à l’aide des observations du spectrographe eBOSS. Celles-ci permettront de mesurer le taux de croissance dans une gamme de décalage spectral de 0.6 à 2.4, largement inexplorée jusqu’à présent. Le projet eBOSS est l’un des trois programmes de la collaboration internationale SDSS-IV regroupant plusieurs centaines de physiciens, ingénieurs et étudiants de 59 instituts issus de 11 pays. Les observations sont faites sur le télescope de 2,5m de l'observatoire d'Apache Point au Nouveau Mexique. Le candidat pour cette thèse doit être animé d’une solide formation en cosmologie et d’une forte motivation à travailler à la fois sur les aspects d’analyse de données et de phénoménologie. Une très bonne maîtrise des langages informatiques et des techniques statistiques sera un atout.

Couplage accrétion-éjection dans les microquasars

SL-DRF-17-0326

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Stéphane CORBEL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Stéphane CORBEL

Université Paris 7 - DRF/IRFU/SAP/LEPCHE

01 69 08 45 62

Directeur de thèse :

Stéphane CORBEL

Université Paris 7 - DRF/IRFU/SAP/LEPCHE

01 69 08 45 62

Voir aussi : http://www.chaos-project.fr/

Les systèmes binaires X à jet (nommés microquasars) représentent d’excellents laboratoires pour tester les phénomènes physiques dans des environnements extrêmes. Ils sont composés d’une étoile compagnon «normale» et d’un astre compact pouvant être un trou noir ou une étoile à neutrons.



Le but de cette thèse sera d'étudier les activités de trous noirs binaires récemment découverts dans notre Galaxie. Notre groupe a été aux avant-plans de campagnes d'observations multi-longueurs d'onde (notamment radio, X et gamma), et l'objectif principal de la thèse sera donc d'étudier les connexions possibles existant entre ces différents domaines (et donc les processus physiques associés). Notamment nous nous focaliserons sur les corrélations éventuelles entre les propriétés des jets relativistes (puissance des jets) avec celles du flot d’accrétion interne (émission thermique et non thermique) et la modélisation de ces objets.

Dissipation de marée dans les étoiles: transport de moment cinétique interne et magnétisme

SL-DRF-17-0546

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement (LDEE)

Saclay

Contact :

Stéphane MATHIS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Stéphane MATHIS

CEA - DRF/IRFU/SAp/LDEE

0169084930

Directeur de thèse :

Stéphane MATHIS

CEA - DRF/IRFU/SAp/LDEE

0169084930

Depuis la découverte de la première exoplanète il y a une vingtaine d’années, l’astrophysique a connu une véritable révolution. Environ 3000 exoplanètes ont ainsi été découvertes et caractérisées autour d’étoiles de différentes masses et d’âges différents, et ce au sein de systèmes planétaires présentant des architectures orbitales très différentes de celle de notre Système Solaire. Ces découvertes ont de profondes répercutions sur notre compréhension de la formation, de l’évolution et de la stabilité des systèmes planétaires, dont notre Système Solaire.



Pour les planètes de courtes périodes orbitales déjà découvertes et celles qui seront détectées et caractérisées par les missions spatiales CHEOPS (ESA) et TESS (NASA) à partir de début 2018, puis PLATO (ESA) en 2024 (missions pour lesquelles les chercheurs du Service d’Astrophysique – Laboratoire AIM du CEA sont partie prenante), le rôle de l’étoile hôte est incontournable. En effet, la présence de planètes proches induit au sein de l’étoile des écoulements de marées (comme les marées océaniques sur Terre). La dissipation de ces écoulements modifie l’orbite des planètes proches et peut impacter la rotation de l’étoile (e.g. Bolmont & Mathis 2016). Pour comprendre l’évolution des systèmes étoile-planète(s) proches, il faut donc modéliser de manière réaliste les écoulements de marées dans les étoiles et leur dissipation (e.g. Zahn 1975, Ogilvie & Lin 2004-07, Ogilvie 2013), et ce en fonction des paramètres de structure et de la dynamique de l’étoile hôte. En effet, il a été démontré que la dissipation des écoulements de marées peut varier sur plusieurs ordres de grandeur en fonction de la masse, de l’âge, de la rotation et de la rotation différentielle de l’étoile (e.g. Mathis 2015, Mathis et al. 2016, Baruteau & Rieutord 2013, Guenel et al. 2016), conduisant à des évolutions orbitales très différentes suivant ces propriétés de l’étoile hôte (e.g. Bolmont & Mathis 2016).



L’objectif de cette thèse est de modéliser pour la première fois la dissipation de marée dans les étoiles de faibles masses en prenant en compte le transport de moment cinétique interne induit par les ondes de marées (Favier et al. 2014) et le champ magnétique (e.g. Wei 2016), en particulier dans l’enveloppe convective de l’étoile qui est le siège de la génération du champ magnétique par effet dynamo. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen ERC SPIRE (Stars: dynamical Processes driving tidal Interactions, Rotation and Evolution). Elle se déroulera au sein du Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement au CEA, l’un des groupes de recherche en pointe au niveau international dans la modélisation des écoulements de marées. Les prédictions obtenues seront cruciales pour l’exploitation scientifique des missions spatiales à venir (CHEOPS et TESS) et en préparation (PLATO).



Bibliographie :

- Baruteau & Rieutord 2013, Journal of Fluid Mechanics, 719, 47

- Bolmont & Mathis 2016, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 126, 275

- Guenel, Baruteau, Mathis & Rieutord 2016, Astronomy & Astrophysics, 589, A22

- Favier, Barker, Baruteau, Ogilvie, 2014, Monthly Noticies of the Royal Astronomical Society, 439, 845

- Mathis 2015, Astronomy & Astrophysics, 580, L3

- Mathis, Auclair-Desrotour, Guenel, Gallet, Le Poncin-Lafitte 2016, Astronomy & Astrophysics, 592, 33

- Ogilvie 2013, Monthly Noticies of the Royal Astronomical Society, 429, 613

- Ogilvie & Lin 2004, The Astrophysical Journal, 610, 477

- Ogilvie & Lin 2007, The Astrophysical Journal, 661, 1180

- Wei 2016, The Astrophysical Journal, 828, 30

- Zahn 1975, Astronomy & Astrophysics, 41, 329

Détection de sursauts gamma d’ultra-longue durée par ECLAIRs à bord du satellite SVOM en cours de réalisation

SL-DRF-17-0930

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire de Détection Spatiale

Saclay

Contact :

Stéphane SCHANNE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Stéphane SCHANNE

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDS

0169081547

Directeur de thèse :

Stéphane SCHANNE

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDS

0169081547

Labo : http://irfu.cea.fr/Sap

L’objectif scientifique du satellite Franco-Chinois SVOM, en cours de développement et prévu d’être lancé en 2021, est l’étude des sursauts gamma (GRBs), événements astrophysiques éphémères du ciel, libérant une énergie formidable sous forme de bouffées de rayons gamma provenant d’un point du ciel. Alors que des missions précédentes se sont focalisées sur la détection de GRBs courts avec des durées moyennes de 1 s (resp. longs, émettant durant 10 s environ), dont on pense qu’ils sont associés à la coalescence d’objets compacts comme des trous noirs ou des étoiles à neutrons (resp. des supernovas d’étoiles très massives), la classe nouvellement découverte de GRBs d’ultra-longue durée, avec une émission prompte en gamma jusqu’à 10000 s et dont l’origine reste une énigme, est une cible très prometteuse pour SVOM. Par ailleurs SVOM est particulièrement bien adapté à la détection de GRBs très lointains, qui de par leur important décalage vers le rouge, sont détectés préférentiellement dans le domaine des basses énergies, auquel le télescope ECLAIRs à bord de SVOM est bien adapté, grâce à son seuil de déclenchement de 4 keV seulement. Aussi pour ces GRBs très lointains la durée de l’émission gamma est étirée par la cosmologie dans le domaine des GRBs d’ultra-longue durée. Pour ECLAIRs il existe donc un important espace de découverte comparé aux missions précédentes qui ne déclenchaient qu’au-delà de 15 keV et sur des échelles de temps limitées à 1 ou 2 minutes. Cette thèse adresse cette problématique de la détection des GRBs d’ultra-longue durée, pour ouvrir l’espace de découverte de SVOM à ce domaine. Ceci nécessite la compréhension des données attendues par ECLAIRs en rayons gamma mous sur des durées jusqu'à 10000 s, incluant la variabilité attendue du bruit de fond tout au long de l'orbite et la prise en compte des sources transitoires de tout le ciel gamma mou sur ces échelles de temps, domaine dans lequel le thésard développera une vraie expertise astrophysique en analysant les données de satellites précédents. Elle nécessite aussi l'implémentation de ces sources dans un catalogue à bord, ainsi que le développement d’algorithmes de traitements spécifiques par les logiciels embarqués.

Etude de l'énergie noire avec les forêts Lyman-alpha des quasars du relevé eBOSS

SL-DRF-17-0232

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Bao

Saclay

Contact :

Jean-Marc LE GOFF

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Jean-Marc LE GOFF

CEA - DRF/IRFU

01 6908 3962

Directeur de thèse :

Jean-Marc LE GOFF

CEA - DRF/IRFU

01 6908 3962

Les forêts Lyman-alpha des quasars sondent la densité d’hydrogène sur la ligne de visée du quasar et permettent de mesurer l’échelle des oscillations acoustiques de baryons (BAO) dans la fonction de corrélation de la densité d’hydrogène. Cette échelle BAO est une règle standard qui permet de mesurer le taux d’expansion de l’Univers et donc de contraindre les modèles d’énergie noire. L’échelle BAO a été mesurée dans la forêt Lyman-alpha pour la première fois en 2013 par SDSS III / BOSS. Dans le cadre de SDSS IV / eBOSS, on se propose dans un premier temps de mesurer la corrélation croisée entre la position des quasars et la forêt Lyman-alpha. La prise de données a commencé en 2014 et se terminera en 2019 ou 2020, ce qui permettra au doctorant de disposer de l’ensemble des donnés. Il faudra ensuite extraire l’échelle BAO de la fonction de corrélation puis utiliser ce résultat pour étudier différents modèles d’énergie sombre. Le doctorant participera également à l’élaboration de simulations de spectres de quasars avec une corrélation physique. Il faudra ensuite produire un grand nombre de simulations. Ces simulations seront développées à la fois pour eBOSS et pour Desi, qui fait partie de la génération suivante de relevés.

Le doctorant sera dans un cadre favorable car les équipes françaises (APC et CEA Saclay) ont un rôle leader au sein de SDSS sur les études Lyman-alpha. Il développera ses connaissances et capacités en cosmologie, statistique, traitement et ajustement de données, étude des effets systématiques, utilisation d’outils mathématiques comme les transformées de Fourier discrètes, et informatique: Python et éventuellement C et C++, gestion de grande quantités de données et utilisation de ferme de processeur. Il présentera ses travaux en anglais lors de téléconférences hebdomadaires et de réunions de collaboration aux Etats Unis et en Europe.

Etude de la formation des étoiles massives

SL-DRF-17-0505

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire de Théorie et de Modélisation

Saclay

Contact :

Matthias GONZALEZ

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Matthias GONZALEZ

Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LMPA

33 1 69 08 17 79

Directeur de thèse :

Matthias GONZALEZ

Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LMPA

33 1 69 08 17 79

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/matthias.gonzalez/

Labo : http://irfu.cea.fr/Sap/

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Projets/COAST/

Contrairement au cas des étoiles de faible masse, le scénario exact de formation des étoiles massives est encore sujet à débat avec deux problématiques majeures : la fragmentation initiale (les régions de formation d’étoiles massives contiennent un grand nombre de masse de Jeans) et la pression de radiation (la luminosité des étoiles massives est suffisamment élevée pour contrebalancer l’effondrement gravitationnel). Pour chacune de ces problématiques, il a été proposé différents modèles : Bonnell et al. 2004 et McKee & Tan 2003 pour la fragmentation, Yorke & Sonnhalter 2002 et Rosen et al. 2016 pour la pression de radiation. Ces modèles sont encore débattus aujourd’hui, en partie car les simulations numériques sont encore très limitées (de par leurs conditions initiales idéalisées ou les processus physiques modélisés). Le but de cette thèse est de mener des simulations numériques de magnéto-hydrodynamique radiative afin de mieux contraindre les différents scénarios de formation des étoiles massives actuellement proposés et de confronter les résultats numériques aux observations (ALMA par exemple).

Etude de la turbulence magneto-hydrodynamique dans les Cirrus interstellaires

SL-DRF-17-0978

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire de Théorie et de Modélisation

Saclay

Contact :

Patrick Hennebelle

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Patrick Hennebelle

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169089987

Directeur de thèse :

Patrick Hennebelle

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169089987

Le milieu interstellaire est le siège d’écoulements complexes qu’il est nécessaire d’étudier afin de comprendre le cycle de la matière interstellaire et plus généralement l’évolution des galaxies. Ces écoulements sont complexes car de nature turbulents, ils subissent également l’influence du champ magnétique et des processus thermiques qui rendent le fluide fortement compressible et multi-phasique. A ces difficultés, inhérentes à la nature du fluide, s’ajoutent des difficultés observationnelles, notamment dans le plan de la Galaxie où il est difficile de distinguer entre les nuages proches et les lointains dont les signaux se superposent. A cet égard, le gaz atomique à haute latitude, encore appelé Cirrus interstellaires, présente un intérêt car ce problème de confusion n’existe pratiquement pas. De nombreuses données interférométriques de ces objets ont été obtenues et permettent de contraindre précisément la dynamique de ces écoulements. L’objectif de la thèse sera la réalisation de simulations numériques magnéto-hydrodynamiques spécifiques à haute résolution et leur confrontation aux données observationnelles. Cela permettra de tester notre compréhension et notre capacité à modéliser ce type d’écoulements, essentiels pour l’évolution de la matière dans l’univers.

Evolution de la dynamique interne et de surface des étoiles à travers l’astérosismologie.

SL-DRF-17-0373

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement (LDEE)

Saclay

Contact :

Rafael A. Garcia

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Rafael A. Garcia

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

0169082725

Directeur de thèse :

Rafael A. Garcia

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

0169082725

Labo : http://irfu.cea.fr/Sap/LDEE/index.php

Le but de cette thèse sera de mieux contraindre les processus dynamiques dans les intérieurs stellaires (principalement les géantes rouges) et ainsi pouvoir améliorer les modèles de structure et d’évolution stellaire pour ainsi avoir entre autres, une meilleure détermination des âges stellaires cruciaux pour la physique stellaire, planétaire et galactique. Cela aura un fort impact sur les missions NASA Kepler, K2 et TESS (lancement prévu fin 2017) ainsi que sur la mission ESA GAIA pour laquelle, les estimations des âges sont calibrées à partir des mesures sismiques. Cette thèse permettra simultanément de préparer la mission ESA/M3 PLATO pour laquelle le CEA (DRF/IRFU/SAp) est très impliqué, autant sur le hardware (seul laboratoire Français impliqué) que sur la préparation scientifique.



L'Univers transitoire avec MeerKAT

SL-DRF-17-0325

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Stéphane CORBEL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Stéphane CORBEL

Université Paris 7 - DRF/IRFU/SAP/LEPCHE

01 69 08 45 62

Directeur de thèse :

Stéphane CORBEL

Université Paris 7 - DRF/IRFU/SAP/LEPCHE

01 69 08 45 62

Voir aussi : http://www.ast.uct.ac.za/thunderkat

En 2017, un nouvel observatoire va entrer en service avec le déploiement de MeerKAT en Afrique du Sud. Avec l’installation de 64 paraboles en Afrique du Sud, MeerKAT sera l’instrument radio le plus sensible au monde dans la gamme de fréquence considérée. Il constituera le cœur de SKA1-Mid, l’instrument le plus novateur du 21ème siècle dont la construction va se poursuivre autour de MeerKAT.



Différents larges programmes d’observations ont été sélectionnés et cette thèse s’inscrit dans le cadre du programme « ThunderKAT ». Ce programme a pour objectif de détecter, d’identifier et de comprendre les phénomènes violents de l’Univers à partir de leur émission radio (souvent conjointement avec d’autres longueurs d’onde). Ce programme vise à explorer les propriétés des phénomènes éruptifs (trous noirs en activité, sursauts gamma, …), explosif (e.g. supernovae), voire phénomènes inconnus (contrepartie électromagnétique d’un épisode gravitationnel, sursaut radio rapide, éruption radio d’origine inconnue …).

L'effet de lentille gravitationnelle faible: mesure des formes de galaxies pour tester les lois de la gravité aux échelles cosmologiques

SL-DRF-17-0152

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Martin Kilbinger

CEA - DRF/Irfu/SAp/LCS

01 69 08 17 53

Directeur de thèse :

Martin Kilbinger

CEA - DRF/Irfu/SAp/LCS

01 69 08 17 53

L'effet de lentille gravitationnelle faible de´signe les distortions d'image des galaxies a` tre`s haut redshift dues aux structures a` grande e´chelle. Ceci est est une des sondes cosmologiques les plus importantes pour e´tudier le secteur sombre de l'univers. Pour quantifier ces distortions, il est ne´cessaire de mesurer les formes de ces galaxies a` tre`s haute pre´cision. Due à la petite taille et à la luminosité très faible de ces galaxies, cela constitue l'un des de´fis majeurs de l'analyse de lentille gravitationnelle faible.



Cette thèse aura pour but d'analyser des donne´es d'images optiques de grand champ, et de mesurer des formes de galaxies d'arrie`re-plan, pour cre´er des cartes de matière noire. Ces cartes seront intercorrelées avec des cartes de densité de galaxies d'avant-plan issues des relevés spectroscopiques. Ces correlations croisées nous permettront d'établir une distinction entre la relativité générale et des théories de gravité modifiée.



L'étudiant se servira de techniques de pointe de traitement d'image et de statistique. Ce travail servira comme un jalon important pour la mission spatiale européenne Euclid, et contribuera à la préparation de cette expérience cosmologique ultime pour avancer notre compréhension des lois dans l'univers.



Le rôle du champ magnétique dans l'évolution et la fragmentation des filaments interstellaires en coeurs denses protostellaires

SL-DRF-17-0977

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire d’études de la formation des étoiles et du milieu interstellaire

Saclay

Contact :

Philippe ANDRE

Philippe ANDRÉ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Philippe ANDRE

CEA - DSM/IRFU/SAp/LFEMI

0169089265

Directeur de thèse :

Philippe ANDRÉ

CEA - DSM/IRFU/SAp/LFEMI

0169089265

Les résultats récents obtenus sur les nuages moléculaires proches dans le domaine submillimétrique avec les satellites Herschel et Planck ont révolutionné notre compréhension du lien entre la structure du milieu interstellaire et les premières phases du processus de formation des étoiles. Ces nouveaux résultats conduisent à favoriser un scénario de formation stellaire dans lequel les filaments interstellaires et le champ magnétique jouent un rôle central. En particulier, les images submm obtenues avec Herschel montrent que la grande majorité des cœurs denses pré-stellaires et des proto-étoiles se forment dans des structures filamentaires d'une largeur de ~0.1 pc et dont la masse par unité de longueur excède le seuil critique pour l'instabilité gravitationnelle de nuages cylindriques de gaz isotherme. De plus, les données obtenues avec Planck en émission polarisée des poussières froides suggèrent que la formation et l'évolution des filaments interstellaires est en grande partie contrôlée par le champ magnétique. La résolution angulaire des observations Planck (5'-10' au mieux, soit 0.2-0.4 pc dans les régions de formation d'étoiles les plus proches) n'est cependant pas suffisante pour étudier et comprendre le rôle du champ magnétique dans le mécanisme de formation des cœurs protostellaires le long des filaments. Cela va devenir possible grâce à la très bonne résolution (12"-24") de NIKA2-Pol, le polarimètre de la nouvelle caméra du télescope de 30m de l'IRAM pour le continuum millimétrique.

Un total de 300 heures de temps garanti avec NIKA2 sont réservées pour un grand programme d'observations d'imagerie polarimétrique d'une dizaine de filaments interstellaires proches formant des étoiles (PI: Ph. André).

Le travail de thèse proposé consistera à participer à ce programme d'observations polarimétriques et à interpréter les résultats en les comparant de manière détaillée à des simulations numériques de la fragmentation de nuages moléculaires magnétisés avec le code numérique RAMSES disponible dans le groupe théorique du laboratoire AIM.

Les processus physiques de formation d'étoiles et les propriétés du milieu interstellaire dans les Nuages de Magellan

SL-DRF-17-0855

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire d’études de la formation des étoiles et du milieu interstellaire

Saclay

Contact :

Suzanne MADDEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Suzanne MADDEN

CEA - DRF/IRFU/SAp/LFEMI

01 69 08 92 76

Directeur de thèse :

Suzanne MADDEN

CEA - DRF/IRFU/SAp/LFEMI

01 69 08 92 76

Les galaxies sont autant d'écosystèmes dans lesquels les étoiles, le gaz, et la poussière évoluent et tracent des propriétés physiques très diverses. Ces propriétés sont liées aux processus mécaniques, radiatifs et thermiques qui régissent l'évolution de la matière à des échelles plus ou moins locales dans les galaxies. Le défi à relever est de comprendre comment ces processus interagissent avec les phases du MIS, et la manière dont ils contribuent à façonner le MIS et à déterminer le taux de formation stellaire dans les galaxies. Ce programme s'attaquera à ce défi grâce à la variété des conditions galactiques dans nos voisins les plus proches, le Grand et le Petit Nuage de Magellan et grâce à des modèles statiques et hydrodynamiques poussés, pour analyser un grand ensemble de données dont le pouvoir de diagnostic est sans pareil. Cette étude rassemblera le MIS multi-phases, l'activité de formation d'étoiles et les processus physiques.

Le projet de thèse fera le lien entre (1) la chimie et la physique dans les codes statiques de synthèse spectrale et (2) les effets physiques et dynamiques mis en avant par les simulations hydrodynamiques, de manière à établir une vision claire et cohérente de l'évolution du MIS.

L’évolution des microquasars à trous noirs durant leurs éruptions via une approche spectro-temporelle

SL-DRF-17-0014

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Jérôme RODRIGUEZ

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Jérôme RODRIGUEZ

CEA - DRF/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 98 08

Directeur de thèse :

Jérôme RODRIGUEZ

CEA - DRF/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 98 08

Le but de la thèse est d'étudier les phénomènes d'accrétion-éjection au sein des microquasars (binaires X à jet) via une approche spectro-temporelle des émissions de haute énergie (rayon X et gamma mou).

On analysera de manière cohérente et systématique l'évolution spectrale des sources au cours de leurs éruptions tout en dressant, en parallèle, une carte des différents types de variabilités et les éventuels liens avec les saveurs spectrales.

Dans le domaine temporel une attention particulière sera portée sur les oscillations quasi-périodiques du flux (de fréquences comprises entre typiquement 0.1 et 500 Hz) afin de comprendre leur origine physique. Pour ce faire une approche originale sera d'établir leur spectre en énergie et de le modéliser avec des processus physique.



Le travail pourra être initiés au cours d'un stage de master 2 d'au moins 3 mois.

Pré-requis: master 2 (ou équivalent) avec option astrophysique. Connaissances de base en astrophysique des hautes-énergies.

Mesure des paramètres cosmologiques avec le catalogue d'amas de galaxies d'Euclid

SL-DRF-17-0072

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Cosmologie Millimétique

Saclay

Contact :

Jean-Baptiste Melin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Jean-Baptiste Melin

CEA - DSM/IRFU/SPP/Cosmo mm

01 69 08 73 80

Directeur de thèse :

Jean-Baptiste Melin

CEA - DSM/IRFU/SPP/Cosmo mm

01 69 08 73 80

Euclid est un satellite de l’agence spatiale européenne dont le lancement est prévu en 2020. Outre l’observation de l’effet de lentille gravitationnelle (weak lensing WL) et des corrélations spatiales des galaxies (oscillations acoustiques des baryons BAO et redshift-space distortions RSD), Euclid détectera environ 100000 amas de galaxies (Clusters of Galaxies CG) entre redshift z=0 et z=2. Ces amas permettront de mesurer les paramètres cosmologiques indépendamment du WL, des BAO et des RSD.

La collaboration Euclid développe actuellement des outils d’extraction d’amas de galaxies sur simulations et compare leurs performances. L’objectif de cette thèse est de mettre au point l’étage supérieur qui permet de déduire la mesure des paramètres cosmologiques à partir du catalogue d’amas d’Euclid. Cet étage est appelé fonction de vraisemblance (likelihood).

Elle est au cœur de l’analyse cosmologique avec les amas. Elle demande une compréhension fine de la fonction de sélection du catalogue (proportion d’amas détectés sur le ciel par rapport au nombre total d’amas) et du lien entre la quantité observée par Euclid (nombre de galaxies dans chaque amas) et la quantité liée aux modèles théoriques (la masse). L’Irfu/SPP a développé une expertise sur la fonction de vraisemblance du catalogue d’amas du satellite Planck. Le travail proposé consiste à construire la fonction de vraisemblance Euclid en partant des acquis de Planck. Il faudra, dans un premier temps, adapter l’outil aux catalogues optiques puis, dans un second temps, le refondre pour dépasser les limites formelles actuelles. L’outil devra être capable d’ajuster à la fois paramètres cosmologiques et paramètres de nuisance liés à la physique des amas, qui étaient découplés pour l’analyse Planck.

Moteur central des explosions extrêmes : amplification du champ magnétique dans les proto-étoiles à neutrons

SL-DRF-17-0851

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire de Théorie et de Modélisation

Saclay

Contact :

Jerome Guilet

Thierry FOGLIZZO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Jerome Guilet

Max Planck Institut für Astrophysik -

+49 89 300002231

Directeur de thèse :

Thierry FOGLIZZO

CEA - DRF/IRFU/SAp/LTM

01 69 08 87 20

Page perso : http://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/~jguilet/

Labo : http://irfu.cea.fr/Sap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=1250

L'effondrement du coeur de fer des étoiles massives donne lieu à certaines des explosions les plus violentes de l'univers. Le mécanisme physique à l'origine de ces explosions reste cependant mal compris et sa description théorique constitue un des grands défis de l'astrophysique actuelle. Les plus extrêmes de ces explosions, de par leur énergie cinétique ou leur luminosité, indiquent très probablement la présence d'une rotation rapide et d'un fort champ magnétique capable d'extraire efficacement ce grand réservoir d'énergie cinétique. Elles pourraient ainsi marquer la naissance des étoiles à neutrons les plus magnétisées, appelées magnétars, dont le champ magnétique dipolaire atteint les plus grandes intensités connues de 10^15 G. Cette thèse s'attaquera à une question majeure non-résolue : l'origine de ce champ magnétique extrême. Le processus considéré comme le plus probable est l'action d'une instabilité magnéto-hydrodynamique appelée instabilité magnéto-rotationnelle (ou MRI). Les simulations numériques d'une petite portion de l'étoile à neutrons en formation ont ainsi démontré une amplification efficace du champ magnétique (e.g. Guilet & Müller 2015). Cette thèse s'attachera à déterminer pour la première fois l'efficacité de génération d'un champ magnétique cohérent à l'échelle de l'étoile à neutrons dans son ensemble. Ceci est un aspect crucial à la fois pour le déclenchement de l'explosion et pour expliquer les propriétés des magnétars galactiques. Le travail de thèse consistera tout d'abord à développer des simulations numériques de l'ensemble de la proto-étoile à neutrons à l'aide du code MagIC. Ces simulations permettront d'étudier le développement de l'instabilité magnétorotationnelle et la génération d'un champ magnétique à grande échelle. Ces résultats seront ensuite utilisés pour développer une prescription analytique de l'amplification du champ magnétique utilisable dans un modèle de l'explosion dans sa globalité.

Neutrinos et matière noire sous le regard des quasars

SL-DRF-17-0004

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Bao

Saclay

Contact :

Nathalie Palanque-Delabrouille

Frédéric BOURNAUD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Nathalie Palanque-Delabrouille

CEA - DRF/IRFU/SPP/Bao

0169083962

Directeur de thèse :

Frédéric BOURNAUD

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 55 08

Grâce aux observations du fond diffus cosmologique et de l’agencement des galaxies dans l’Univers, la cosmologie est à présent entrée dans l’ère de la précision. Aux grandes échelles, le modèle cosmologique Lambda-CDM est en accord avec la grande majorité des données. Pourtant, certains points demeurent non résolus ou mal compris, tels la nature de la matière noire ou le rôle précis des neutrinos en cosmologie. L’objectif de cette thèse est d’aborder ces questions à la fois sur le plan expérimental et sur le plan théorique, en tirant profit des informations contenues dans les forêts Lyman-apha. D’une part l’étudiant analysera le plus grand lot de spectres de quasars disponibles à ce jour (expériences BOSS, eBOSS, données VLT) pour en extraire les informations clefs sur la forêt Lyman-alpha. D’autre part, il étudiera, au moyen de simulations numériques de pointe, les processus baryoniques à l’échelle galactique, et déterminera leur impact sur la répartition du gaz aux échelles intergalactiques. Confrontant les données aux prédictions des simulations, l’étudiant se concentrera alors sur l’interprétation cosmologique, apportant un regard nouveau sur les neutrinos et les particules de matière noire (neutrinos stériles ou axions).

Physique des régions de formation stellaire géantes des galaxies primordiales : une synergie entre observations en simulations numériques.

SL-DRF-17-0387

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire de Cosmologie et d'Evolution des Galaxies (LCEG)

Saclay

Contact :

Emanuele DADDI

Frédéric BOURNAUD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Emanuele DADDI

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

Directeur de thèse :

Frédéric BOURNAUD

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 55 08

Labo : http://irfu.cea.fr/SAp

La morphologie des galaxies de l’Univers distance, au pic de leur activité de formation stellaire (redshift z=1-3), est très différente des galaxies spirales proches. Ces galaxies sont en général irrégulières, dominées par des régions géantes ou « clumps » de formation stellaire. Ces « clumps » ont des tailles et masses de 100 à 1000 fois plus grandes que celles des nuages moléculaires et amas stellaires de notre Galaxie. Cette propriété pourrait s’expliquer par les grandes masses de gaz et la forte turbulence des galaxies jeunes, pouvant provoquer une instabilité et la fragmentation violente des disques galactiques.

Néanmoins, et malgré les études menées par de nombreux groups, une compréhension précise de la formation et de l’évolution de ces clumps reste à établir, aussi bien par l’observation que du point de vue théorique. La distribution de masse stellaire et de formation stellaire dans les clumps reste débattue, et surtout l’évolution de ces régions géantes face au « feedback » des étoiles jeunes reste très incertaine. Si les clumps survivent au feedback, ils peuvent contrôler l’évolution de leur galaxie hôte : croissance du bulbe central, alimentation du trou noir supermassif, genèse des vents galactiques. Les simulations numériques manquant de résolution ont recours à des modèles « sous-maille » pour implémenter la formation d’étoiles et le feedback, et donnent des résultats discordants selon les recettes employées.



La thèse proposée explorera la nature et l’évolution des clumps par 3 approches complémentaires :

1) une caractérisation observationnelle basée pour la première fois sur la cartographie des quantités physiques (cartes de masse stellaires, de densité de formation stellaire) à partir de données des champs profonds du téléscope Hubble (champs tels que CANDELS, H-UDF),

2) une comparaison systématique aux cartes simulées par divers groupes employant diverses méthodes de simulation numérique du feedback stellaire,

3) de nouvelles simulations numériques ayant une modélisation améliorée par l’emploi de « zooms » sur les clumps de formation stellaire, pour mieux modéliser les sites de formation stellaire et la réaction du milieu interstellaire turbulent au feedback des étoiles.



Ces approches complémentaires permettront de mieux comprendre le rôle des instabilités des galaxies primordiales dans la formation de leurs disques, bulbes, et trous noirs supermassifs. Cette étude contraindra aussi d’autres aspects fondamentaux de la formation des galaxies, tels que l’évolution de leur fraction de gaz au cours du temps. Ce travail préparera l’interprétation des observations du JWST, qui cartographiera en détail la distribution de masse stellaire dans les galaxies primordiales, et leur gaz ionisé, à comparer avec les observations des réservoirs de gaz moléculaire par ALMA. Une compréhension fine de la formation stellaire dans les galaxies jeunes est également indispensable pour étudier les populations stellaires âgées dans les galaxies proches, qui seront notamment sondées par EUCLID. Enfin, la thèse proposée emploiera des simulations numériques réalisées sur les plus grands calculateurs nationaux (GENCI) et Européens (PRACE).

Séparation de composantes spectrales dans les vestiges de supernova

SL-DRF-17-0138

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Fabio Acero

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Fabio Acero

CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

0169084705

Directeur de thèse :

Fabio Acero

CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

0169084705

Labo : irfu.cea.fr/Sap

Voir aussi : www.github.com/facero/sujets2017

L’objectif de cette thèse est de comprendre comment les différences d’environnement influent sur le mécanisme d’accélération de particules au choc des vestiges de supernova. Pour cela les algorithmes de séparation de source à l’aveugle, similaires à ceux développés au laboratoire pour l’étude du CMB avec Planck, seront appliqués aux données en rayons X et en rayons gamma. Ces méthodes serviront à séparer les différentes composantes spectrales dans les vestiges de supernova qui évoluent dans des milieux ambiants complexes afin de comprendre l’impact des différences d’environnement sur le processus d’accélération au choc. Ce travail d’adaptation d’outils utilisées en cosmologie servira dans un contexte plus général à tout détecteur ayant des capacités de spectro-imagerie comme c’est le cas en astronomie des hautes énergies (où les photons sont enregistrés un à un) mais aussi potentiellement dans d’autres domaines de la physique.

ÉTUDE MULTI-PHASE DES MILIEUX INTERSTELLAIRES PRIMITIFS

SL-DRF-17-0845

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire d’études de la formation des étoiles et du milieu interstellaire

Saclay

Contact :

Vianney Lebouteiller

Suzanne MADDEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Vianney Lebouteiller

Laboratoire AIM - UMR7158

+33-1-69-08-49-37

Directeur de thèse :

Suzanne MADDEN

CEA - DRF/IRFU/SAp/LFEMI

01 69 08 92 76

L’évolution des galaxies et la formation des étoiles sont contrôlées en grande partie par des processus physiques et chimiques directement reliés au milieu interstellaire (MIS). Le MIS est une composante essentielle des galaxies, à la fois sujet à de multiples mécanismes de chauffage – ionisation par photons UV, X ou par rayons cosmiques, effet photoélectrique sur les grains de poussière, ondes de choc, etc... – et à l'origine de nouvelles générations stellaires dans les nuages les plus froids.



Les principaux processus thermiques dans le MIS de notre Galaxie la Voie Lactée sont connus et à peu près contraints, mais ils restent encore largement inexplorés dans les galaxies à très faible métallicité (c'est-à-dire le contenu en éléments lourds produits dans les étoiles).

De telles galaxies, qui n'ont que peu évoluées chimiquement depuis la formation des premiers objets, existent dans l'Univers Local et nous fournissent une comparaison inespérée avec les environnements primordiaux.



Au coeur de ce projet l'on trouve les motivations suivantes, (1) identifier les principales sources énergétiques dans les objets proches afin d'interpréter correctement les traceurs radiatifs du gaz et de la poussière observés dans les galaxies de l'Univers lointain, et (2) comprendre le mécanisme de formation stellaire dans les environnements primitifs et ainsi mieux cerner les variations du taux de formation d'étoiles au cours de l'évolution des galaxies.

Étude des Grains Interstellaires à l'Ère du JWST

SL-DRF-17-0341

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire d’études de la formation des étoiles et du milieu interstellaire

Saclay

Contact :

Frédéric Galliano

Suzanne MADDEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Frédéric Galliano

CNRS - DSM/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 18 21

Directeur de thèse :

Suzanne MADDEN

CEA - DRF/IRFU/SAp/LFEMI

01 69 08 92 76

Le milieu interstellaire, qui remplit le volume entre les étoiles d’une galaxie, est constitué de deux composantes principales : le gaz et la poussière. Les grains de poussière sont de petites particules solides, principalement constituées de composés silicatés et carbonés. Ils jouent un rôle majeur dans la physique du milieu interstellaire, bien que leur masse n’en représente qu’un pourcent. En effet, ils absorbent, puis réémettent en infrarouge, une fraction importante de la puissance rayonnée par les étoiles et les disques d’accrétion. En particulier, les régions de formation d’étoiles sont totalement opaques en lumière visible. Seul le rayonnement infrarouge, émis à 99% par la poussière, permet de les étudier. Les grains sont également à l’origine du chauffage du gaz, par effet photo-électrique, dans les régions de photodissociation (PDR). Enfin, les grains servent de catalyseurs à de nombreuses réactions chimiques, dont la formation du dihydrogène, molécule la plus abondante de l’univers.



Les propriétés de ces grains de poussière (abondance, composition chimique, distribution de taille, etc.), ainsi que leur évolution, sont cependant encore mal connues. C’est la conséquence directe de la grande complexité de cette composante et de la difficulté de disposer d’observations permettant de discriminer différents modèles. Ces incertitudes soumettent à caution de nombreux pans de notre connaissance de l’astrophysique : mesures de masse, dérougissement des observations (c’est à dire la correction de l’extinction le long de la ligne de visée), modèles détaillés de PDR, etc. Raffiner notre compréhension de la poussière est également crucial pour comprendre le cycle de la matière interstellaire, car les grains ont un rôle régulateur dans plusieurs des processus qui gouvernent ce cycle. Une compréhension fine de la physique des grains est donc nécessaire pour comprendre l’évolution des galaxies.



L'une des approches, pour s'attaquer à ces questions ouvertes, consiste à étudier la manière dont varient les propriétés observées des grains, avec les conditions physiques auxquelles ils sont soumis. De telles relations empiriques, si elles sont assez précises, permettent de lever de nombreuses dégénérescences sur les différents modèles. La thèse que nous proposons a pour but de se concentrer sur l’étude détaillée des propriétés des plus petits grains (avec un rayon inférieur à 10 nm) et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH). Ces composantes du milieu interstellaire rayonnent hors équilibre dans l'infrarouge moyen (5-40 microns). C’est le domaine de longueur d’onde qui contient le plus grand nombre de bandes de résonance de ces solides.



Cette étude se concentrera sur plusieurs galaxies proches, dont les nuages de Magellan. L'intérêt d'étudier les galaxies proches plutôt que le milieu interstellaire de notre Galaxie réside dans la diversité des conditions physiques environnementales auxquelles l'on peut accéder (métallicité, intensité du champ de rayonnement stellaire, etc.).



De nombreuses études ont déjà été publiées sur ce sujet, notamment avec le télescope spatial Spitzer. Cependant, la plupart se sont avérées superficielles. Il reste de nombreux aspects à étudier : (i) la corrélation des propriétés des principales bandes aromatiques avec les conditions physiques ; (ii) contraindre l’évolution de leur distribution de taille ; (iii) identifier et modéliser plusieurs bandes de solides dans les régions de formation d'étoiles. L’une des originalités de cette thèse consistera à développer une méthode sophistiquée de modélisation des données. En effet, les études précédentes se sont presque toutes contentées d’analyser les spectres observés à partir de décompositions linéaires simples. Nous proposons à l’étudiant intéressé de s’atteler au développement d’un code bayesien hiérarchique de décomposition des spectres infrarouges, dont les composantes spectrales proviendront directement de bases de données atomiques, moléculaires et de physique du solide. Ce type de modèle permet d’effectuer simultanément une modélisation physique de l’échantillon et une modélisation statistique de la distribution des paramètres. Il permet de lever de nombreuses dégénérescences et permet d’extraire le maximum d’information des données, en prenant en compte les différentes incertitudes, sans toutefois sur-interpréter les observations. Nous avons récemment développé un tel modèle pour la modélisation des distributions spectrales d’énergie, et les résultats sont convaincants. Ce nouvel outil et son application méticuleuse aux données sont la garantie d'une interprétation précise et originale des processus physiques à l'oeuvre dans les régions étudiées.



Le James Webb Space Telescope (JWST), qui sera lancé en octobre 2018, observera le domaine infrarouge moyen avec une sensiblité et une résolution spatiale exceptionnelles. Les méthodes développées pendant la thèse pourront être appliquées à ces nouvelles données.

Contribution à la conception d’un IRM très haut champ

SL-DRF-17-0678

Domaine de recherche : Electromagnétisme - Electrotechnique
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire d'Etudes des Aimants Supraconducteurs (LEAS)

Saclay

Contact :

Lionel QUETTIER

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Lionel QUETTIER

CEA - DRF/IRFU/SACM/LEAS

0169085865

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sacm/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2909

La résolution des images fournies par les IRM est directement liée au champ magnétique de la machine. A ce jour, les IRM les plus puissants dédiés à l’homme atteignent des champs de 10T. Le projet d’aimant Iseult (IRM 11.75T) a été lancé il y a plus de 15 ans, et la mise en service de l’aimant à Neurospin va démarrer début 2017.

Le design de l’aimant Iseult s’est appuyé sur l’expérience du CEA sur les grands électro-aimants en physique des particules (détecteur ATLAS et CMS au CERN) et les machines de fusion (Tore Supra au CEA Cadarache). Le design final est le résultat d’une R&D lancée il y a près de 15 ans pour repousser les limites des technologies classiques (cables supraconducteurs en NbTi, cryogénie @ 1.8K) et étudier tous les aspects d’un système aussi complexe (design magnétique, mécanique, usine cryogénique, alimentation électrique, protection).

L’objectif de la thèse est de proposer des conceptions magnétiques originales basées sur les travaux antérieurs de l’équipe d’accueil. Les codes existants de l’équipe seront enrichis afin de pouvoir estimer les sollicitations mécaniques, les pics de température et tension lors de cet évènement. Ces travaux doivent aboutir à des solutions innovantes pour de nouveaux aimants à 11.75T plus compacts, et de préparer l’avenir avec des configurations magnétiques qui pourraient atteindre 14T en utilisant des supraconducteurs en Nb3Sn ou des matériaux à hautes températures critiques.

Étude de boucles de circulation naturelle cryogéniques

SL-DRF-17-0552

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire Cryogénie et Stations d'Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Labo : http://irfu.cea.fr/Sacm/index.php

Les boucles de circulation naturelle sont utilisées en cryogénie pour refroidir certains systèmes magnétiques. Pour des systèmes de grande puissance (plusieurs centaines de Watt), les boucles sont alimentées par un système de liquéfaction externe. Pour de systèmes développant des puissances en-deçà de 100 W fonctionnant à des températures comprises entre 20 et 100 K, les boucles de circulation peuvent être couplées à des cryogénérateurs faisant office de liquéfacteur. Du point de vue scientifique, les transferts de masse et de chaleur des fluides cryogéniques en boucle de circulation ont été peu étudiés. Le travail de thèse comprend un travail expérimental et une modélisation numérique. Les études expérimentales comprendront la caractérisation thermo-hydraulique de deux boucles, la détermination des transferts de chaleur pariétaux et les limites de fonctionnement avec différents fluides et principalement à l’azote. Les différents régimes de convection mixte en écoulement monophasique ou d’écoulements diphasiques seront étudiés. La thermo-hydraulique de ces écoulements sera étudiée numériquement en utilisant un code 1D (Comsol®) permettant de modéliser l’évolution des pressions, température du fluide et titre massique. Il devrait être modifié si nécessaire afin d’appréhender le modèle physique (modèle homogène ou à phase séparées) et modéliser les autres fluides ou configurations (verticales ou horizontales) de la partie échangeur.

Étude des transferts de masse et de chaleur en hélium superfluide en milieux confinés

SL-DRF-17-0548

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire Cryogénie et Stations d'Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Labo : http://irfu.cea.fr/Sacm/index.php

La structure confinée des bobinages des aimants supraconducteurs d'accélérateur limite le refroidissement même lorsque le réfrigérant est l’hélium superfluide. Les isolations électriques créent un réseau de micro-canaux ayant des dimensions de l'ordre de 1 à 10 µm. L’espace entre les colliers, d’environ 200 µm, est un autre exemple. Lors des quenchs d’aimant (passage de l’état supra-conducteur à l’état résistif), la dissipation d’énergie est telle que l’hélium subit différents changements de régime thermique associés à des changements de phase. La compréhension des phénomènes thermiques en hélium superfluide à ce niveau de confinement est nécessaire pour l’étude des phénomènes transitoires comme les quenchs de ce type d’aimants. On propose d'étudier expérimentalement les transferts de chaleur en hélium superfluide dans des canaux, seul ou en réseau, ayant des diamètres hydrauliques allant de 200 µm à quelques microns. Les tests seront réalisés dans une station d’essais permettant de créer un bain d’hélium superfluide statique avec une température contrôlée au milli-kelvin. Les mesures seront couplées à une modélisation numérique sous Fluent®. Les transferts de chaleur seront étudiés en utilisant le modèle à deux fluides de Landau (équations Navier-Stoke modifiées) décrivant le comportement de l’hélium. Un code 3D a été développé et la modélisation des résultats expérimentaux devra être réalisée.

Développement d’outils d’aide à l’expertise en spectrométrie gamma

SL-DRF-17-0744

Domaine de recherche : Informatique et logiciels
Laboratoire d'accueil :

Service d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique (SEDI)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jérôme Bobin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Directeur de thèse :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Page perso : http://jbobin.cosmostat.org/

Labo : http://www.cosmostat.org

Voir aussi : http://jbobin.cosmostat.org/Jobs/these_spectro_gamma.pdf

La spectrome´trie gamma a pour objectif d’identifier et de quantifier les radionucle´ides e´metteurs gamma pre´sents dans un e´chantillon. Elle fournit a` la me´trologie nucle´aire une me´thode d’analyse rapide et non destructive, elle est une brique indispensable pour la surveillance des installations du cycle du combustible en fonctionnement normal ou accidentel. L'analyse des données en spectrométrie gamma joue donc un rôle primordial pour la détection et l'identification de radionucléides dans l'environnement. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif le développement de nouveaux outils d'analyse de données spectrométriques, en particulier fondés sur les méthodes de démélange spectral. Cette thèse conduira également à la mise en oeuvre de méthodes modernes de classification pour la détection/l'identification d'équilibres anormaux dans les chaines de radioactivité naturelle. Ces développements auront pour but une analyse plus rapide et plus précise des spectres en milieu naturels, facilitant ainsi l'aide à la décision.

Séparation non-supervisée de composantes multivaluées parcimonieuses et applications en astrophysique

SL-DRF-17-0047

Domaine de recherche : Informatique et logiciels
Laboratoire d'accueil :

Service d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique (SEDI)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jérôme Bobin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Directeur de thèse :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Page perso : http://jbobin.cosmostat.org/

Labo : http://www.cosmostat.org

De nos jours, la séparation de composantes est l'un des outils clef de l'analyse de données dans des applications aussi diverses que le traitement de signaux audio ou l'analyse d'image. L'astrophysique est l'un des domaines où les besoins de telles méthodes est le plus fort: les missions à venir fourniront des données hétérogènes de grande taille dont l'analyse permettra de répondre à des questions fondamentales en astrophysique. Plus précisément, l'analyse de telles données requiert la résolution de problèmes complexes tels que la séparation non-supervisée de composantes. Cette thèse a pour objet le développement de nouvelles modèles pour la séparation de composantes en astrophysique, en particulier dans le cas de données tensorielles (2D spatiale x longueur d'onde x temps), ainsi que le développement d'algorithmes de séparation robustes. Ces travaux feront appels à la modélisation parcimonieuse des signaux ainsi qu'aux méthodes d'optimisation les plus récentes (algorithmes proximaux). Les méthodes numériques seront appliquées aux données du satellite Planck ainsi qu'au données du téléscope X Chandra.

Développement et optimisation d’une caméra Compton miniature à masque codé : méthode d’analyse d’un environnement radiatif par spectro-identification et localisation 3D de sources gamma.

SL-DRF-17-0854

Domaine de recherche : Instrumentation
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire de Détection Spatiale

Saclay

Contact :

Olivier Limousin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Olivier Limousin

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169086294

Directeur de thèse :

Olivier Limousin

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169086294

Le CEA et 3D PLUS sont partenaires dans la réalisation de spectro-imageurs miniatures à base de CdTe pixélisés. Ces caméras ont été développées initialement pour l’astronomie spatiale à haute énergie dans le domaine des rayons X-durs (2-250 keV). Dans un effort collaboratif, notre équipe de recherche amorce un transfert de technologie de la recherche à l’industrie en proposant un nouveau concept de caméra Compton miniature et portable. Un premier prototype fonctionnel a été réalisé dans le cadre du projet ORIGAMIX (PIA RSNR – Recherche en matière de sûreté nucléaire et radioprotection / 2013 – 2016). Les résultats prometteurs nous invitent à poursuivre le développement plus avant en marquant l’intérêt d’une caméra de type Compton. Une camera Compton permet d’étendre la dynamique en énergie du dispositif dans le domaine des raies nucléaires au delà du Cs-137, ceci sur un champ de vue de 4Pi stéradians. Ce type de dispositif novateur est un progrès majeur pour la surveillance de l’environnement aussi bien en situation normale que dégradée (accident nucléaire). Le déploiement de dispositifs de hautes performances est un enjeu de la sûreté nucléaire, notamment depuis la tragédie de Fukushima. Naturellement, la portée des travaux s’étendra à la surveillance de l’environnement, au contrôle des lieux publics et trouvera sans doute des perspectives dans les secteurs de la santé publique et de la recherche fondamentale.

Modélisation et caractérisation expérimentale de la photoluminescence dans les détecteurs infrarouge HgCdTe en environnement spatial

SL-DRF-17-0353

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (SAp)

Laboratoire de Détection Spatiale

Saclay

Contact :

Olivier Boulade

Olivier Limousin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Olivier Boulade

CEA - DRF/IRFU/SAp/LDS

0169085144

Directeur de thèse :

Olivier Limousin

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169086294

Labo : http://irfu.cea.fr/Sap/index.php

Dans le domaine InfraRouge (IR), les détecteurs de photons les plus utilisés en astrophysique sont des détecteurs matriciels composés d’un matériau absorbant HgCdTe, sur un substrat en CdZnTe. Envoyer de tels détecteurs dans l’espace représente un vrai défi car l’environnement spatial est très hostile. En effet, le détecteur sera soumis à un flux de protons (et également d’ions lourds) émis par le rayonnement cosmique et le vent solaire. A travers un processus de photoluminescence, ces particules polluent les images avec un signal photonique parasite qui s’ajoute au signal utile reçu des étoiles. Le retrait total du substrat résout le problème mais constitue une étape critique à réaliser en pratique.



Cette thèse se propose de modéliser le phénomène de photoluminescence induit par le flux de protons sur les détecteurs HgCdTe en fonction de l’épaisseur résiduelle du substrat. Le doctorant évoluera dans une équipe de recherche fortement pluridisciplinaire, et sera amené à valider expérimentalement la modélisation théorique en participant à une campagne d’irradiation de protons sur des détecteurs de test. Les résultats permettront d’optimiser et d’orienter la phase d’amincissement du substrat lors de la fabrication chez l’industriel des détecteurs destinés à l’astrophysique spatiale.

Extension aux ordres supérieurs de l'approche ab initio de fonctions Gorkov-Green pour les noyaux atomiques

SL-DRF-17-0096

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Vittorio SOMA

Thomas DUGUET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2016

Contact :

Vittorio SOMA

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

0169083236

Directeur de thèse :

Thomas DUGUET

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

0169082338

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/index.php

La description théorique "ab initio" des noyaux atomiques est devenue possible que très récemment grâce à des progrès décisifs en théorie à N corps et à la disponibilité de super-ordinateurs de plus en plus puissants. Ces techniques ab initio sont appliquées avec succès à l'étude de la structure des noyaux les plus légers. En revanche, les extensions aux éléments plus lourds et aux réactions nucléaires posent des difficultés considérables.

L'objectif de la thèse est de contribuer à ce développement en cours en théorie à N corps. Le projet sera centré sur une nouvelle technique ab initio (l'approche dite de fonction Gorkov-Green, développé au CEA Saclay) qui a permis pour la première fois l'application de méthodes ab initio aux systèmes à couche ouverte ou, autrement dit, superfluides (la majorité des noyaux atomiques). Après des premiers résultats dans des noyaux légers et de masse moyennes, l'approche face au défi d’une extension majeure pour atteindre le niveau de precision et compétitivité des méthodes de pointe.

Le travail proposé visera à développer les premiers outils pour aller dans ce direction. Il exploitera les dernières démarches en théorie nucléaire faisant notamment usage des interactions issues de la théorie effective des champs chirale, des techniques de groupe de renormalisation, des codes et ressources de calcul haute performance. Il se agira donc de procéder à une étape de développement formel, à l'écriture du code de calcul et l'application de la nouvelle technologie à des cas d'intérêt expérimental.

Dynamique des faisceaux de particules pour les upgrades du LHC

SL-DRF-17-0841

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire d'Etudes et de Développements pour les Accélérateurs (LEDA)

Saclay

Contact :

Barbara Dalena

Olivier NAPOLY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Barbara Dalena

CEA - DSM/IRFU/SACM/LEDA

+33169086197

Directeur de thèse :

Olivier NAPOLY

CEA - DSM/IRFU/SACM

(33) 1 69 08 84 52

Page perso : http://dalena.web.cern.ch/dalena

Labo : http://irfu.cea.fr/Sacm/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=295

Voir aussi : www.cern.ch

Inauguré en 2008, le LHC est à ce jour le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde. Pour poursuivre l'exploitation et augmenter les performances de cette machine, des changements sont planifiés: une nouvelle configuration, appelée High Luminosity LHC (Haute Luminosité LHC) et un nouvel anneau d’environ 100 km (Future Circulars Colliders FCC), qui dépendent d'avancées technologiques décisives. En particulier les aimants seraient construits en technologie Nb3Sn, qui permettrait d’augmenter le champ magnétique et leur ouverture. La qualité du champ (l’homogénéité) de cette nouvelle technologie va influencer la dynamique du faisceau. Des concepts avancés de modélisation et simulation doivent être pris en compte dans la conception des nouveaux accélérateurs car des imperfections même très faibles pourraient avoir un impact important, en particulier, sur la dynamique à long terme de l’anneau de 100 km. Dans les études numériques et dans les simulations des accélérateurs circulaires, l’intégration symplectique fournit un outil essentiel pour étudier le comportement à long terme de la dynamique de particules. L'intégration symplectique est une façon de résoudre les équations différentielles numériquement en reformulant le problème en termes de « cartes de transfert ». Les avantages de cette approche par rapport aux algorithmes largement utilisés comme le Runge-Kutta sont liés au fait qu’elle est symplectique et qu’elle demande moins de temps de calcul. Le calcul des cartes de transfert non linéaires de particules chargées est possible au moyen de techniques avancées d'algèbre. Les éléments des accélérateurs peuvent avoir une contribution non négligeable liée aux non linéarités, ce qui est en particulier le cas des aimants supraconducteurs de grande ouverture. L'inclusion de ces effets exige un modèle détaillé et réaliste du champ magnétique des aimants, y compris de ses champs de fuites.

« Optimisation des sources d’ions légers de haute intensité »

SL-DRF-17-0960

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire d'Etudes et de Développements pour les Accélérateurs (LEDA)

Saclay

Contact :

Olivier TUSKE

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Olivier TUSKE

CEA - DRF/IRFU/SACM/LEDA

+33 1 69 08 68 20

Directeur de thèse :

-

Depuis plusieurs années, le CEA développe des sources de faisceaux intenses d’ions légers à partir de plasmas générés par résonance cyclotronique électronique (ECR). Son expérience, mondialement reconnue, lui a permis de prendre en charge la fabrication des sources et injecteurs de protons ou de deutons pour des grands projets internationaux tels que IFMIF, FAIR et Spiral2.

Grâce à leurs performances, en particulier l’intensité du faisceau délivré et la fiabilité, ces sources sont recherchées pour les futures sources intenses de neutrons (pour les études de matériaux des réacteurs de fusion, les expériences utilisant la diffraction neutronique par exemple), les projets de réacteurs nucléaires pilotés par accélérateurs ou pour le traitement du cancer par capture de neutrons sur le bore.

Les travaux réalisés au cours de cette thèse mèneront à une meilleure connaissance des phénomènes physiques mis en jeu comme l’interaction de l’onde radiofréquence avec le plasma et le confinement magnétique. L’amélioration des connaissances permettra d’optimiser la qualité des faisceaux issus des sources ECR (émittance, stabilité, reproductibilité et pureté ionique). Elle permettra également de porter l’intensité extraite au-delà des records actuels. Des sources plus compactes et un meilleur rendement sont également attendus.

Ce programme est très ambitieux et ne pourra être validé que par de nombreuses mesures expérimentales réalisées sur le site de Saclay soit sur le plasma lui-même, soit sur les faisceaux extraits avec des diagnostics dédiés.

La maitrise des hautes intensités est une des clés du futur dans le domaine des accélérateurs. C’est pourquoi ces sources d’ions innovantes contribueront donc à renforcer la position du CEA parmi les leaders mondiaux dans le domaine des sources d’ions légers et des accélérateurs de particules.

Analyse finale de l’expérience Double Chooz pour la mesure du paramètre d’oscillation ’13, la mesure de spectre réacteur et la recherche de neutrinos stériles

SL-DRF-17-0328

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Double Chooz

Saclay

Contact :

Guillaume MENTION

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Guillaume MENTION

CEA - DRF/IRFU/SPP/Double Chooz

0169085632

Directeur de thèse :

Guillaume MENTION

CEA - DRF/IRFU/SPP/Double Chooz

0169085632

Page perso : http://irfu.cea.fr/Spp/Phocea/Pisp/index.php?nom=guillaume.mention

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=424

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3554

Double Chooz est l’une des trois expériences auprès de réacteurs nucléaires dans le monde dédiée à la mesure du paramètre d’oscillation ’13 des neutrinos. Alors que la précision atteinte sur ce paramètre est déjà bien avancée, il peut néanmoins subsister des biais dans les analyses. L’expérience Double Chooz a, jusqu’en 2014, uniquement utilisé un seul détecteur pour effectuer cette mesure. Un deuxième détecteur est entré en fonction fin 2014 et l’exploitation des données de ces deux instruments permet de réduire les systématiques dans la mesure de ’13. La précision des mesures produites par ces trois expériences restera inégalée pendant de nombreuses années et le travail de fouille et de compréhension complète des systématiques réacteur, détecteur et des bruits de fond est essentiel pour assurer le résultat le plus juste et le plus précis possible. La sensibilité des recherches de violation CP dans le secteur des neutrinos dépend crucialement de la valeur mesurée de ’13.

L’étude des nouvelles données du détecteur proche de Double Chooz couplée avec les autres projets du groupe (Nucifer et CeSOX) réalisés en collaboration avec des équipes de la Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN) et de la Direction des Applications Militaires (DAM), permettra également de mieux comprendre les neutrinos produits par le combustible des réacteurs et leur sensibilité pour les questions de non-prolifération nucléaire. Ces études constituent un enjeu sociétal appliqué potentiellement important. L’objectif sera d’extraire des données une mesure de qualité et de référence mondiale pour la modélisation des antineutrinos de réacteurs pour les futurs projets aussi bien appliqués que fondamentaux.

Enfin le dernier volet thématique de cette thèse aborde la recherche de potentiels neutrinos stériles et les tests de l’anomalie des antineutrinos de réacteur. Cette analyse combinera les données recueillies par Double Chooz avec celles de l’expérience dédiée CeSOX, une source intense de Cérium (activité à 5 PBq) émettrice d’antineutrinos électroniques placée auprès du détecteur de Borexino. Ce travail pourra également aboutir à la combinaison avec l’analyse de l’expérience réacteur dédiée, Stéréo, portée par le SPhN au sein du CEA. Les méthodes d’analyse sont communes et l’effort abouti pourra permettre des avancées importantes dans ces 3 domaines thématiques.

Détecteur Pixel MOS à Grille Piégeante

SL-DRF-17-0892

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique (SEDI)

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Nicolas FOURCHES

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169086164

Directeur de thèse :

Nicolas FOURCHES

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169086164

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=3757

Voir aussi : https://www.renatech.org/fr/accueil/

Motivations



Une des motivations première de cette proposition de thèse provient de la physique des particules. Les détecteurs de vertex actuels ne satisfont pas la plupart des exigences techniques requises en particulier en termes de compacité et de vitesse, de résolution point à point en dépit de progrès réalisés avec des capteurs CMOS, en ce qui concerne la résolution spatiale. Récemment I'IRFU a proposé un nouveau dispositif fondé sur les principes de fonctionnement différents du capteur CMOS. La principale caractéristique de ce dispositif est d'éliminer la diode de collecte remplacée par une grille de type nouveau, nommée ici grille piégeante (DTG, ou Deep Trapping Gate), donnant naissance à un nouveau dispositif MOS, le TRAMOS (Trapping Mos). Cela conduit à réduire significativement les dimensions du pixel, par l’empilement du transistor de lecture et de l’électrode de détection et l’élimination du transistor de polarisation. Des simulations ont montré la validité du principe [1-2-3]. Les applications en dehors de la physique de base pourraient inclure l'imagerie, de la lumière visible aux photons X, surtout quand une tolérance élevée aux radiations ionisantes et non ionisantes est requise. De par sa compacité et son mode de fonctionnement pour la première variante, la tolérance aux défauts de déplacements devrait être beaucoup plus grande que pour les capteurs CMOS classiques (MAPS [4]).

Les autres technologies étudiées jusqu'à présent sont basées sur les capteurs CMOS (pour lequel l'Irfu / Saclay a été impliqué), les CCD et la DEPFET (FET déserté). Le capteur CMOS utilise une diode pn en tant qu’élément détecteur. Le DEPFET utilise la modulation du canal par la charge localisée dans un puit de potentiel, et les CCD le transfert de charge entre deux cellules voisines. La seule technologie pixel qui soit implémentée à une large échelle est cela basée sur l’hybridation d’un détecteur silicium sur un puce silicium, mais la taille de ces détecteurs limite leur résolution spatiale, malgré de bonnes performances en vitesse de lecture. Ces technologies une à une ne satisfont pas toutes les contraintes réunies : vitesse, réduction des dimensions et tolérance aux rayonnements an particulier hadroniques. Jusqu'à présent, seuls les détecteurs CMOS entièrement intégrés à l’électronique de lecture ont une résolution spatiale suffisante malgré une tolérance aux défauts de déplacement trop limitée. Une solution globale bonne pour les détecteurs pixels devrait être un point de départ pour un développement réussi, le TRAMOS est alors une solution. D’autres pixels basés sur des matériaux dont les défauts d’irradiation peuvent recuire à des températures suffisamment basses comme le germanium sont une alternative crédible qui pourra être étudiée parallèlement aux détecteurs TRAMOS, essentiellement par simulation si le temps et les moyens le permettent.



CONTENU DU TRAVAIL DE THESE :



Les trois années devraient principalement être dévolues au développement technologique de ces structures de détection, en utilisant principalement les facilités fournies par certaines plates-formes technologiques (CNRS-CEA). Le travail proposé devrait inclure des simulations TCAD (technologiques) et les mesures des structures de test et sous certaines conditions l’étude des effets des rayonnements sur les (s) dispositifs développés. A l'issue de cette période, le (la) candidat(e) aura acquis des connaissances nouvelles et une expérience certaine dans les domaines de la détection de particules et de la physique et technologie des semiconducteurs. Les caractérisations électriques et structurales des dispositifs seront nécessaires au cours de l'avancement du travail de thèse en collaboration avec les laboratoires partenaires. Après quoi, plus fondamentalement, le (la) candidate devra simuler physiquement le fonctionnement d’un tel détecteur et évaluer son potentiel pour la physique des particules, le collisionneur linéaire international (ILC) étant l'objectif principal, les futures expériences LHC étant un objectif à court terme. D'autres applications de ces technologies sont l'astrophysique, la physique nucléaire et de physique médicale. Une bonne formation en physique fondamentale sera nécessaire, ou devrait être acquise au cours de l'avancement des travaux en vue de défendre le travail sous la forme d’une thèse générale et d’importance. Un des buts du travail de ce travail est d’obtenir des éléments permettant de déterminer quel type de pixel est le plus adapté à court et à long termes aux exigences de la physique des particules, au cours du travail, de thèse il devrait être possible de choisir entre un développement final pour deux variantes de départ de pixels TRAMOS. Dans un premier temps le travail de thèse concernera l’étude préalable de deux options permettant le fonctionnement du TRAMOS. Au préalable un travail expérimental de petite ampleur devra être fait pour s’assurer de fonctionnalité physique de la grille piègeante, au moyen de mesures électriques et optiques essentiellement.

[1] “A novel CMOS detector based on a deep trapping gate”, Nicolas T. Fourches, Nucl. Sci. Symp. Conf. Rec. (NSS/MIC, 2010), p 655-658, 2010, Knoxville, Tennessee: http://10.1109/NSSMIC.2010.5873840

[2] “Silicon MOS Pixel Based on the Deep Trapping Gate Principle: Design and Material Science Challenges”, Nicolas T. Fourches et al. http://arxiv.org/abs/1412.8043

[3] "“Ultimate Pixel Based on a Single Transistor with Deep Trapping Gate”, N. T. Fourches, 2017, accepted ,to be published in TED

[4] “Device simulation of Monolithic Active Pixel Sensors: Radiation damage effects”, NT. Fourches, Nuclear Science Symposium Record, Pages 2523-2529, and in IEEE Transactions On Nuclear Science, Vol. 56, No.6, December 2009, Pages 3743-3751, http://10.1109/TNS.2009.2031540









Développement de techniques d’intelligence artificielle pour l’analyse de données de physique des hautes énergies

SL-DRF-17-0007

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe CLAS

Saclay

Contact :

Franck SABATIE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Franck SABATIE

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 32 06

Directeur de thèse :

Franck SABATIE

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 32 06

En physique des hautes énergies, les expériences fournissent un volume important de données dont seulement un faible pourcentage est utile par la suite. Le doctorant développera des méthodes connues d'apprentissage automatique, supervisées ou non, afin de filtrer automatiquement ces données. Parmi ces méthodes, citons notamment le clustering k-means, le DB-Scan, les réseaux de neurones et les SVM. Ces méthodes seront tout d'abord évaluées sur des données simulées et bruitées. La question sous-jacente est la caractérisation de la séparabilité des données expérimentales afin d'évoluer notamment vers des algorithmes fournissant une justification en plus de la décision. Les résultats seront comparés à l'état de l'art actuel en analyse de données. Enfin, le doctorant utilisera les techniques développées précédemment pour optimiser l'analyse d'une expérience au Jefferson Lab sur la structure du nucléon ayant lieu à partir de 2017.

Développement d’un Micromegas ultra-rapide pour les applications à haut flux de particules

SL-DRF-17-1060

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique (SEDI)

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169083852

Labo : http://irfu.cea.fr/

La réponse temporelle requise dans des expériences de physique sera de l’ordre de plusieurs dizaines de picosecondes pour des Particules au minimum d’Ionisantion (MIP) dans les conditions de l’exploitation future du LHC à haute luminosité (HL-LHC). Dans certains cas, la haute précision temporelle doit coexister avec des taux élevés et des conditions de forte dose. De nombreuses applications en dehors de la physique des hautes énergies profiteraient également de cette précision, comme l’imagerie médicale.



Les Micro-Pattern Gaseous Detectors (MPGD) sont de détecteurs gazeux qui conviennent aux instruments de grandes surfaces fonctionnant sur des environnements de haut flux de particules, mais leurs performances temporelles intrinsèques sont limitées à quelques nanosecondes pour MIP. Afin d’atteindre l’amélioration souhaitée de ~2 ordres de grandeur, nous avons couplé un Micromegas avec un radiateur Cerenkov (crystal MgF2) équipé de CsI, et nous avons réduit l’écart de l’espace de dérive du détecteur à 200 microns. Les premiers tests effectués avec un prototype à anode unique ont montré des résultats très prometteurs. La problématique principale pour cette solution est la fragilité de la photocathode sous l’effet des rayonnements. Nous avons l’intention d’étudier des solutions alternatives au CsI basées sur les revêtements minces nanocristallin diamant comme photocathode, ou, basées sur des couches plus épaisses comme émetteur secondaire (rendement de 2-3 photoélectrons par MIP requis).



Dans la cadre de la thèse proposée, le candidat retenu : a) travaillera sur le développement d’un prototype de canaux multiples (quelques dizaines de bandes ou de pads) ; b) participera à l’élaboration des photocathodes basées sur du diamant, avec suffisamment d’efficacité de production des photoélectrons et étudiera les émetteurs secondaires en diamant comme alternative ; c) développera une plateforme permettant de mesurer l’efficacité quantique de la photocathode et étudiera la performance temporelle du prototype au laser UV femto-seconde à l’IRAMIS et au CERN avec un faisceau de muons; d) effectuera des études de cas de physique sur des données simulées, pour une application possible de la technologie aux systèmes de détection d’ATLAS.

Développement d’un scanner TEP temps-de-vol à haute résolution spatiale

SL-DRF-17-0382

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe DO

Saclay

Contact :

Viatcheslav SHARYY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Viatcheslav SHARYY

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

0169086129

Directeur de thèse :

Viatcheslav SHARYY

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

0169086129

Labo : http://irfu.cea.fr/Spp/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3730

La Tomographie par Émission de Positrons (TEP) est une technique d’imagerie utilisée largement dans le traitement de cancer et dans les recherches neurobiologiques. Il s’agit de détecter deux photons de 511 keV produits par l’annihilation d’un positon dans les tissus. Elle image ainsi l’activité biologique des organes.

La technique « temps-de-vol » utilise la mesure de différence de temps de détection des deux photons pour améliorer le rapport signal sur bruit et la qualité des images reconstruites. Actuellement, les meilleurs scanners commerciaux obtiennent une résolution en temps de 350 ps (FWHM).

Dans cette thèse nous proposons de développer un détecteur innovant, utilisant la détection de la lumière Tcherenkov produite par la conversion des photons de 511 keV. Nous calculons une résolution en temps meilleure que 150 picoseconde.

La détermination précise du point d'annihilation des positons est importante pour reconstruire les images avec un bon contraste. En particulier, elle est utile en neuro-imagerie, c’est a dire lors d’études sur le cerveau et d’études précliniques sur des modèles animaux de rongeurs. Le scanner proposé doit permettre une haute résolution spatiale et une efficacité de détection élevée.

Vous serez accueilli à l’IRFU au Service de Physique des Particules et travaillez sur la co-direction de Viatcheslav Sharyy, groupe CaLIPSO et Sébastien Jan, de Service Hospitalier de Fréderic Joliot de l'I2BM-CEA.

Le travail de thèse consistera en la mise en œuvre d’un prototype du détecteur, (étalonnage des électroniques et des modules de détection), la simulation de ce détecteur complet au moyen des logiciels GEANT 4. La deuxième étape sera la caractérisation et l'optimisation des performances de détection au moyen du logiciel GATE (optimisation de la géométrie, pour les meilleures performances) et le développement d'algorithmes de reconstruction d’image optimisés pour les machines TEP à haute résolution spatiale et à temps de vol.

Etude de la nature du neutrino à l'aide de détecteurs gazeux Micromegas avec une tonne de Xénon haute pression

SL-DRF-17-0121

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Damien NEYRET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Damien NEYRET

CEA - DRF/IRFU/SPhN/COMPASS

01 69 08 75 52

Directeur de thèse :

Damien NEYRET

CEA - DRF/IRFU/SPhN/COMPASS

01 69 08 75 52

Voir aussi : https://arxiv.org/abs/1610.08883

Le neutrino, seule particule de matière de charge électrique nulle, pourrait être une particule de Majorana, c'est-à-dire identique à son antiparticule. Si tel est le cas, alors un phénomène naturel nouveau devrait apparaître pour quelques rares isotopes: la double désintégration bêta sans émission de neutrinos. La violation de l'invariance du nombre leptonique qui en résulte, et qui est interdite par le Modèle Standard serait une découverte majeure. C'est l'une des conditions évoquées pour expliquer l'asymétrie matière-antimatière de l'Univers.



L'expérience proposée par la collaboration PandaX-III consiste à mesurer la cinématique d'événements de désintégration double-bêta de noyaux de Xénon 136 dans un grand volume de Xénon gazeux à 10 bars. Celle-ci permet de détecter la réaction recherchée, l'émission simultanée de deux électrons sans que des anti-neutrinos n'aient été émis à cette occasion, et de la distinguer des différents bruits de fond (double-bêta classique, contamination d'autres noyaux radioactifs, rayons cosmiques). Pour mesurer ces événements rares, le volume de Xénon gazeux formera des chambres à projection temporelle (Time Projection Chamber, TPC), avec un étage de détection constitué de détecteurs gazeux à micro-structure Micromegas. Cette expérience prendra place dans le laboratoire souterrain de Jin Ping (province du Sichuan, Chine), qui possède un des plus faibles taux de rayons cosmiques résiduels au monde. Une première chambre TPC de 200 kg de Xénon sera installée à partir de fin 2017, pour arriver à une masse de 1 tonne avec 5 modules vers 2022. D'importants efforts devront être accomplis pour atteindre une excellente résolution sur la mesure des énergies des deux électrons, afin de séparer le signal des différents bruits de fond, ainsi qu'une excellente pureté radiologique du dispositif expérimental.



Au sein des équipes du SPhN et du SEDI (Service d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique) le doctorant participera aux évaluations des performances des détecteurs Micromegas et de leur électronique de lecture. Il prendra part à la R&D menée pour atteindre une résolution en énergie de 1% à 2 MeV, sur plusieurs types de détecteurs Micromegas, dont des Microbulk et des détecteurs à grille fine. Ce travail inclura, en collaboration avec nos partenaires des universités de Saragosse et de Shanghai, le suivi et l'évaluation des performances des différents prototypes et de leur électronique dans un environnement gazeux sous pression, en particulier leurs performances en terme de résolutions en énergie et spatiale. En parallèle à ces travaux, l'étudiant participera aux développements des algorithmes de reconstruction des données de la TPC afin de pouvoir déterminer les caractéristiques des événements double-bêta (énergie, cinématique), et les reconnaitre des bruits de fond gammas. Ce travail impliquera l'étude des données de chambres de test, ainsi que de simulations Monte Carlo à la fois des dispositifs de test et des TPC finales. Les résultats de ces études seront enfin utilisés pour la mise en œuvre de l'analyse des premières données de l'expérience PandaX-III à partir de mi 2018, afin de poser une première limite sur la présence de processus de désintégration double-bêta sans émission de neutrino.

Etude de la structure 3D du proton par la production exclusive de mesons a COMPASS au CERN

SL-DRF-17-0275

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Andrea Ferrero

Nicole d'Hose

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Andrea Ferrero

CEA - DRF/IRFU/SPhN

0169087591

Directeur de thèse :

Nicole d'Hose

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 72 72

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=493

Voir aussi : http://wwwcompass.cern.ch

Le proton porte encore bien des mystères : il est constitué de quarks et de gluons mais la masse de ceux-ci est bien inférieure à sa masse, et les contributions des spins de ceux-ci ne donnent pas son spin total. Une observation du proton en 3 dimensions peut être réalisée grâce à la production exclusive de photons ou de mésons. Ainsi on peut accéder aux distributions de partons généralisées qui donnent les corrélations entre les positions et les vitesses des quarks et des gluons à l’intérieur du proton. Deux programmes complémentaires sont menés par des physiciens du SPhN, l’un à JLab aux USA avec des électrons de 12 GeV, pour explorer la région des quarks de valence et l’autre à COMPASS au CERN avec des muons de 160 GeV pour explorer les quarks de la mer et les gluons.



Le sujet proposé concerne l’expérience auprès de la Collaboration COMPASS au CERN. Lors de la diffusion du faisceau de muons de 160 GeV du SPS au CERN sur les protons d’une cible d’hydrogène, le processus exclusif est sélectionné par la détection dans le spectromètre COMPASS d’un photon ou un méson émis à l’avant avec une grande énergie et par la détection d’un proton qui recule avec une faible énergie.



L’étudiant participera au cours des 3 années à toutes les étapes d’une expérience : familiarisation avec les techniques de détection et de calibration, prise de données de mai à octobre en 2017, analyse des données, comparaison aux simulations par méthode Monte-Carlo avec différents modèles. Le travail proposé donnera une excellente formation en participant à tous les moments de la vie de physicien depuis le début de la prise de données, à l’avènement des résultats et à leur publication.

Etude des effets de spin dans le spectre de masse di-muon dans l’expérience CMS au LHC

SL-DRF-17-0063

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS

Saclay

Contact :

elizabeth Locci

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Directeur de thèse :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

L’expérience CMS a recherché le boson de Higgs dans le canal de désintégration ’+’- dans les collisions proton-proton à 7 TeV et 8 TeV (énergie dans le centre de masse). Ce canal de désintégration a l’avantage de posséder une signature claire dans le détecteur CMS dans lequel la masse di-muon peut être mesurée avec une excellente résolution. Pour un boson de Higgs de masse 125 GeV/c2, une limite supérieure sur le taux de production de 7.4 fois la prédiction du modèle standard a été observée avec un niveau de confiance de 95%, en accord avec certains modèles hors Modèle Standard.

A 13 TeV on s’attend à ce que la statistique soit multipliée par un facteur 8 à 10. Non seulement le rapport d’embranchement du boson de Higgs en ’+’- sera mesuré plus précisément, mais il sera possible d’identifier les variables discriminantes pour mesurer le spin du boson de Higgs (spin 0) et le distinguer du spin du boson Z (spin 1), et mesurer le spin de résonances nouvelles à des masses plus élevées qui pourrait prendre également la valeur 2 dans le cas de couplages du type graviton.

Etude d’un détecteur à haute granularité et haute résolution temporelle et de son apport pour la physique dans le cadre de l’expérience ATLAS auprès du HL-LHC

SL-DRF-17-0123

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Philippe Schwemling

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Philippe Schwemling

CEA - Liste des pôles/Liste des départements/Liste des services/Atlas

33 1 69 08 85 85

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling

CEA - Liste des pôles/Liste des départements/Liste des services/Atlas

33 1 69 08 85 85

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=1213

Dans le cadre de l’amélioration du détecteur ATLAS pour les prises de données qui auront lieu a partir de 2026 auprès du collisionneur proton-proton a très haute luminosité HL-LHC, le doctorant participera au développement d'un détecteur de haute granularité spatiale (pixels de 1 mm2) et de haute résolution temporelle (de l'ordre de 50 ps) basé sur des capteurs silicium en technologie CMOS. Il participera aux tests de prototypes (sur banc de test électronique, puis avec des rayons cosmiques et sur un faisceau de particules au CERN). Pour lutter contre le fait qu'au HL-LHC chaque croisement de paquets de protons va engendrer en moyenne pres de 200 collisions proton-proton, son travail consistera aussi a travers des simulations de differents processus de physique a estimer les apports pour l'analyse des donnees de la mesure précise des temps d’arrivée des particules pour rejeter celles qui ne proviennent de la collision intéressante.

Mesure de l'asymétrie avant-arrière dans les désintégrations leptoniques du Z avec le détecteur Atlas au LHC. Détermination de l'angle faible et contraintes sur la structure du proton.

SL-DRF-17-0006

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Nathalie Besson

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Nathalie Besson

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169088274

Directeur de thèse :

Nathalie Besson

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169088274

L'existence de toutes les particules prédites par le Modèle Standard (MS) de la physique des particules est établie par l'expérience. Des mesures fines des masses et des couplages des particules les plus massives, le W, le Z, le boson de Higgs et le quark top,permettent de tester plus avant le MS, en vérifiant que les valeurs de ces paramètres suivent les

relations prédites par la théorie. Une meilleure précision sur la mesure de l'angle de mélange électrofaible bénéficierait fortement à ces tests.

Avec le LHC comme seul grand accélérateur en fonctionnement, les futures mesures de ces paramètres électrofaibles seront fortement affectées par l'incertitudes relative à la structure interne des protons qui en constituent les faisceaux. Ces incertitudes dominent déjà les mesures de l'angle de mélange faites aux collisionneurs hadroniques. Cette source commune d'incertitude génère également de fortes corrélations entre les mesures des différents paramètres. Non traitées correctement, ces incertitudes et corrélations

peuvent compromettre la validité des tests de précision à venir.

La solution proposée ici consiste à organiser une mesure simultanée de l'angle de mélange électrofaible et des densités partoniques du proton, en exploitant les distributions angulaires dans les désintégrations leptoniques des bosons Z. Cette mesure inclura une analyse de l'alignement du détecteur interne d'ATLAS; une mesure de l'asymétrie de désintégration, en fonction de la masse et de la rapidité du boson Z; et l'extraction de l'angle de mélange avec les données enregistrées par ATLAS a 13 TeV.

Mesure de la masse du boson W avec le détecteur Atlas au LHC

SL-DRF-17-0771

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Fabrice Balli

Maarten BOONEKAMP

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Fabrice Balli

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

+33169081715

Directeur de thèse :

Maarten BOONEKAMP

CEA - DSM/IRFU/SPP

+33 1 69 08 59 90

Labo : http://irfu.cea.fr/Spp/index.php

La masse du boson W (mW) est un paramètre fondamental du Modèle Standard (MS), et a été mesurée par plusieurs expériences auprès des collisionneurs e+e- et pp a haute énergie. Ce paramètre est celui dont la mesure, par comparaison avec la prédiction du MS, a l'impact le plus important sur les recherches indirectes de nouvelles particules ou interactions. Sa valeur actuelle, qui combine plusieurs mesures indépendantes, est de 80385 +- 15 MeV. Elle a récemment été mesurée au LHC dans l’expérience ATLAS, en utilisant des données enregistrées en 2011, à une énergie de 7 TeV dans le centre de masse. Cette mesure est la mesure individuelle la plus précise à ce jour, et donne une valeur mW = 80370 +- 19 MeV. La précision peut encore être améliorée en analysant des données prises a plus haute énergie, en particulier celles du Run2. Il sera alors possible, en combinant avec la mesure actuelle du LHC, d’obtenir une valeur de mW avec un précision inférieure a 10 MeV, c’est-à-dire réduite d’un facteur 2. Pour ce faire, il faudra faire face à de nouveaux problèmes, principalement liés aux taux d’empilement plus élevés qu’en 2011. Le travail consistera principalement à développer des techniques pour contraindre les incertitudes systématiques théoriques (dominées par les effets d'interaction forte) et expérimentales (calibrations des leptons et de l'énergie transverse manquante). Il faudra également ajuster les distributions sensibles à mW en utilisant des techniques d'analyse statistique plus avancées (profiling, etc.). L'objectif de la thèse est de ramener l'incertitude totale à environ 10 MeV et placer ainsi des contraintes fortes sur la physique au-delà du Modèle Standard.

Mesure de la violation de la symétrie Charge-Parité dans les oscillations des neutrinos

SL-DRF-17-0077

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Neutrinos-accélérateurs

Saclay

Contact :

Sara Bolognesi

Marco ZITO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Sara Bolognesi

CEA - DRF/IRFU/SPP/TK2

0169081461

Directeur de thèse :

Marco ZITO

CEA - DRF/IRFU/SPP/TK2

0169083819

Page perso : http://personalpages.to.infn.it/~bolognes/work.html

Labo : http://t2k-experiment.org/

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?voir=actu&id_ast=2032

La découverte de l'oscillation de neutrinos (Prix Nobel de Physique 2015, prix Breakthrough 2016) a démontré que les neutrinos ont une masse et cela n’est pas expliqué dans le cadre du Modèle Standard de la physique des particules. L'étude des neutrinos est donc un secteur très prometteur pour découvrir de nouveaux phénomènes.

L’expérience T2K (Tokai to Kamioka), située au Japon, étudie les oscillations des neutrinos avec un faisceau dirigé vers le détecteur lointain Super-Kamiokande à 295 km. Les équipes de l'IRFU ont fortement contribué à la construction du détecteur proche, dont le dispositif principal est un ensemble de trois grandes chambres basées sur la technologie Micromegas. La comparaison entre l'oscillation des neutrinos et celle des antineutrinos permet de mesurer un paramètre encore inconnu : la phase qui paramétrise la violation de la symétrie charge-parité (CP). Cette violation pourrait jouer un rôle fondamental dans l'explication de l'asymétrie matière-antimatière dans l’Univers. La première mesure par T2K à l'été 2016 a permis d'exclure la conservation de CP avec un niveau de confiance de 90 %. La prise de données par T2K continue et pourrait permettre dans les années à venir des avancées significatives, avec une nouvelle phase à haute puissance entre 2021 et 2025 (T2K-2).

L’étudiant travaillera sur l'analyse d'oscillation avec les données actuelles de T2K et préparera les analyses plus précises des prochaines années y compris pour T2K-2. L’étudiant collaborera donc à la première mesure d'un des plus importants paramètres dans la physique des particules. Le travail se déroulera dans le cadre de la collaboration internationale T2K mais les résultats auront un impact aussi sur d'autres expériences en cours (NOVA) et prévues (DUNE, HyperKamiokande) dans les prochaines décennies.

Le travail aura pour but de réduire les incertitudes systématiques, en particulier celles liées à la modélisation de l'interaction neutrino-noyau grâce à l'excellente expérience du groupe dans ce domaine en collaboration avec d'autres physiciens de l'IRFU, spécialistes du sujet. Le candidat travaillera aussi à l'optimisation de l'analyse d'oscillation afin de minimiser l'impact de ces incertitudes, par exemple en utilisant dans l'analyse de nouvelles variables liées à la cinématique des hadrons produits dans l'interaction (pions et nucléons).

Mesure précise de la masse du boson W et de ses propriétés dans l’expérience CMS au LHC

SL-DRF-17-0064

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS

Saclay

Contact :

elizabeth Locci

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Directeur de thèse :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Dans le cadre d’un modèle aussi prédictif que le modèle standard (SM), la mesure précise de masse du boson W et de sa largeur est sensible aux corrections radiatives, et peut être utilisée pour valider la cohérence du modèle et placer des limites sur les prédictions pour une nouvelle physique au delà du modèle standard (BSM). Si cette dernière n’est pas directement observée au LHC, La mesure des propriétés du boson W pourrait devenir d’une importance capitale pour placer des limites sur l’existence de nouvelles particules qui se coupleraient au W.

Au LHC, les bosons W sont massivement produits et la masse du W est mesurée dans les canaux leptoniques (electron, muon), car ceux-ci sont identifiables avec une grande efficacité et une faible contamination. Dans ces modes de désintégration, le lepton chargé est accompagné d’un neutrino qui échappe à la détection. Seule l’impulsion transverse du neutrino peut être reconstituée par la conservation des impulsions dans le plan transverse.

Il s’agira de la première thèse sur un sujet encore peu exploré dans l’expérience CMS.



Observation et mesures du boson de Higgs produit en association avec une paire top-antitop dans l’expérience ATLAS

SL-DRF-17-0079

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Henri BACHACOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Henri BACHACOU

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

+41227675650

Directeur de thèse :

Henri BACHACOU

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

+41227675650

Labo : irfu.cea.fr/Spp

Voir aussi : http://atlas.cern.ch/

Avec la découverte d'un nouveau boson compatible avec le boson de Higgs prédit dans le cadre du Modèle Standard (MS), une nouvelle ère de la physique des particules a commencé. Une des priorités pour les années à venir est d'étudier la nature du boson de Higgs et son lien possible avec des extensions du MS, tels que la supersymmétrie ou les théories avec dimensions supplémentaires. Il est particulièrement interessant de comprendre la relation entre le boson de Higgs et la particule élementaire la plus lourde, le quark top, et de mesurer le couplage de Yukawa entre le quark top et le boson de Higgs. Le seul processus permettant une mesure directe à ce couplage est la production d'un boson de Higgs en association avec une paire de quarks top (ttH). L'observation de ce canal ttH est un des défis majeurs au grand collisionneur hadronique (LHC) au CERN.



Après deux années d'arrêt, le LHC a redémarré en 2015 avec une luminosité accrue et une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Une luminosité intégrée de plus de 100 fb-1 est attendue d'ici à la fin de 2018. Avec les données de l'expérience ATLAS on s'attend à pouvoir observer le processus ttH et en mesurer sa section efficace pour la première fois. Le doctorant jouera un rôle majeur dans cette mesure.



Plus précisément, le canal étudié est celui dans lequel le boson de Higgs se désintègre en une paire de quarks b. Ce canal bénéficie d'un grand rapport d'embranchement, mais aussi d'un important bruit de fond venant de la production de paires de quarks top et de jets additionnels (ttbar+jets). Une attention particulière sera donc apportée à la reconstruction des événements ttH et à la modélisation du bruit de fond ttbar+jets.

Optimisation de l'accumulation de positons dans l'expérience Gbar et étude de la propulsion spatiale à antimatière

SL-DRF-17-0101

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Antihydrogène

Saclay

Contact :

Boris TUCHMING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/DO

01 69 08 97 78

Directeur de thèse :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/DO

01 69 08 97 78

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/boris.tuchming

Labo : http://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=2095

Voir aussi : https://gbar.web.cern.ch/GBAR/

Le CEA-IRFU et le CNES débutent une collaboration pour établir les principes de base d’un système de propulsion spatiale utilisant de l'antimatière. Cette collaboration s'appuie sur l'expérience Gbar dont le but est la production d'un grand nombre d'atomes d'antihydrogène et la mesure de leur chute libre dans le champ de pesanteur.

Le travail de thèse s'articulera en deux parties. D'une part, une étude de la propulsion spatiale abordera les trois aspects de la problématique: fabrication d'antimatière, stockage, et production de poussée, pour lesquels il faudra définir une feuille de route technologique qui fera un point sur l'état de l'art existant et identifiera les objectifs intermédiaires permettant de valider le schéma de transformation d'énergie et le développement d’un système spatial. D'autre part un travail expérimental sur Gbar mettra en oeuvre les techniques de pointe de production et de stockage. Il s'agira de réaliser et d'optimiser l'accumulation d'un nombre record de 10 milliards de positons dans un piège de Penning, ce qui constitue l'une des étapes essentielles à la production de l'antihydrogène de Gbar.

Optimisation d’un détecteur de type TPC en vue de futures expériences e+/e- : Etude des distorsions dues à la charge d’espace et aux effets de retour d’ions

SL-DRF-17-0129

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Boris TUCHMING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/DO

01 69 08 97 78

Directeur de thèse :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/DO

01 69 08 97 78

Labo : http://irfu-i.cea.fr/Spp/index.php

Voir aussi : http://tlep.web.cern.ch/

La recherche directe de particules signant l’existence de phénomènes physiques au-delà du Modèle Standard

ou l’approche complémentaire consistant à mesurer le plus précisément des observables du Modèle

Standard, calculables avec une très grande précision pourront se faire à l’horizon 2030 auprès d’un

collisionneur électron-positron, qu’il soit linéaire (projet ILC) ou circulaire (projet FCC-ee/TLEP). Dans tous les

cas, les détecteurs destinés à exploiter les collisions doivent être d’une stabilité et d’une précision inégalée,

afin de permettre des mesures à 10-5 près.

Une technique de détection attractive pour les expériences pour détecter les traces chargées est la chambre

à projection temporelle (TPC), dont le principe est représenté sur la figure 1 : Les particules chargées

produites au point de collision voient leur trajectoire courbée par le champ magnétique dans lequel baigne le

détecteur. La mesure de la courbure de la trajectoire permet de remonter à l’impulsion de la particule. Lors de

leur parcours dans le volume gazeux, les particules chargées ionisent le gaz sur leur passage (« primary

ionisation »). Les électrons d’ionisation dérivent sous l’effet combiné du champ électrique et du champ

magnétique jusqu’à l’extrémité du détecteur, où ils sont amplifiés par effet d’avalanche dans un détecteur

gazeux (plans de chambres proportionnelles multi-fils de Charpak par le passé, actuellement plutôt des

détecteurs micro-gravés de type Micromegas, dont la résolution est bien meilleure).

Le mécanisme d’amplification génère énormément d’ions positifs (« secondary ionisation »), tout comme

d’ailleurs l’ionisation primaire due aux traces chargées : le détecteur reste en effet électriquement neutre. Une

fraction de l’ionisation (de l’ordre de 1% avec les architectures de détection actuelles) générée par le

processus d’amplification parvient dans le volume de dérive, où il génère une charge d’espace qui induit des

distorsions dans les trajectoires des électrons, et partant, des distorsions sur les paramètres géométriques

des traces reconstruites. Or, il faudrait que la fraction d’ions relâchée dans le volume de dérive ne dépasse

0.1%. Il subsiste donc un travail essentiel d’amélioration, qui passe par une compréhension fine des

phénomènes mis en jeu, ainsi que la conception de dispositifs de blocage des ions (« gating »), Ceux-ci ne

peuvent toutefois pas être utilisés dans tous les cas.

Physique de précision dans le secteur du boson de Higgs

SL-DRF-17-0319

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS

Saclay

Contact :

Federico Ferri

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Federico Ferri

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 30 65

Directeur de thèse :

Federico Ferri

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 30 65

Si le Run1 du LHC a été marqué par la sensationnelle découverte du boson de Higgs, le Run2 du LHC a ouvert une époque de mesures de précision de ses propriétés fondamentales et de ses couplages aux bosons et fermions.



Ce projet a pur but la définition d'observables qui peuvent être utilisées pour mesures de précision au sein de la Collaboration CMS (CEA/Irfu/SPP) en collaboration avec physiciens de deux importants groupes de physique théorique du plateau de Saclay, LPhT-Orsay et CEA-IPhT.



Les observables son basées sur le rapport de section efficaces de production inclusives pour différents canaux de désintégration du boson de Higgs (H->gamma gamma et H->ZZ->4l) et sur le rapport de section efficaces de production exclusives pour le même canal de désintégration (H->gamma gamma).



Avec une luminosité attendue du LHC d'environ 150 /fb à fin 2018, les incertitudes statistiques et systématiques sur les observables finales seront comparables. Non seulement ceci peut mener à des mesures très significatives dans le secteur du boson de Higgs, mais peut aussi constituer une sonde de nouvelle physique au delà du Modelé Standard : couplages anomaux du boson de Higgs, modèles de Higgs composite, particules supersymétries avec masses de l'ordre de quelques TeV.

RECHERCHE DE LA PRODUCTION AU LHC DE PARTICULES DE MATIERE NOIRE PRODUITES PAR FUSION DE BOSON VECTEURS ET ETUDE DES PERFORMANCES DES CHAMBRES MICROMEGAS AVANT LEUR INSTALLATION DANS LES NOUVELLES PETITES ROUES DU DETECTEUR ATLAS

SL-DRF-17-0282

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Philippe SCHUNE

Samira Hassani

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Philippe SCHUNE

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

+33-169087061

Directeur de thèse :

Samira Hassani

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169087226

Le problème de l'identification de la matière noire est au cœur des domaines de la physique des particules et de l'astrophysique. Cinq fois plus abondante que la matière baryonique dans l'Univers, mais de nature encore inconnue, son existence même implique que notre inventaire des briques élémentaires de la matière dans le Modèle Standard (MS) est incomplet. Il est possible que le LHC puisse produire des particules de matière noire qui échappent à la détection directe, mais qui pourraient être découvertes indirectement comme un excès d'événements avec de l'énergie ou de l'impulsion manquante. Pour réduire le bruit de fond provenant de processus du MS, le mode de production de paires ’’ par fusion de bosons vecteurs (W ou Z), dit VBF, conduit a la meilleure sensibilité.



Cette thèse est composée de deux parties. La première partie se concentre sur la recherche de la matière noire produite par fusion de bosons vecteurs (W ou Z) avec les données du LHC enregistrées à partir de 2015, avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV avec le détecteur ATLAS.

À cette énergie, et avec la quantité de données accumulée jusqu'en 2018, cette recherche devrait améliorer significativement les limites actuelles sur la production de paire de particules invisibles. Les résultats seront interprétés soit dans le cadre de modèles simplifiés avec des bosons massifs f médiateurs d'une nouvelle interaction se couplant aux particules de matière noire ’ et aux bosons vecteurs du MS (mais ça pourrait aussi être simplement un boson de Higgs si celui-ci s’avère constituer un portail vers un secteur caché sans interaction avec les autres particules du MS), soit dans celui d'une théorie des champs effective qui décrit les interactions scalaires et tensorielles entre la matière noire et les bosons du MS. Ces recherches sont les plus sensibles pour de la matière noire de masse inférieure à 20 GeV, et pourront fournir des informations complémentaires aux recherches directes de matière noire, elles-mêmes plus sensibles à grande masse. Il pourra être aussi utile de combiner ces résultats avec ceux de la recherche de résonances dans l’état final a 2 bosons vecteurs (W+W- et ZZ) pour contraindre encore plus le domaine de masse autorisé pour les bosons médiateurs et les particules de matière noire.



Si un signal significatif de matière noire est découvert au LHC, il faudra une grande statistique pour effectuer une caractérisation complète et précise de ses propriétés. Le détecteur ATLAS va subir un vaste programme de modernisation afin de faire face à la hausse du flux de particules en raison du fonctionnement à plus haute luminosité du LHC prévue pour 2021.



La deuxième partie de cette thèse sera consacrée à la compréhension, l’analyse et l'exploitation des détecteurs gazeux de type MicroMegas. Des détecteurs de ce type doivent remplacer une partie du spectro-mètre à muons d'ATLAS et être opération-nels pour le redémarrage du LHC en 2020.

Compte-tenu des contraintes de précisions et de fonctionnement qu’il faut avoir pour ces détecteurs (précision spatiales, homo-généité du gain, efficacité, etc.), de nombreuses mesures de contrôles et de qualité sont à prévoir avant, pendant et après la construction de ceux-ci.

Après analyses et interprétation, ces mesures serviront à la calibration et permettront d’optimiser le fonctionnement des détecteurs.

Recherche de neutrinos massifs avec l'expérience T2K et mise à niveau du détecteur proche ND280

SL-DRF-17-1037

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Neutrinos-accélérateurs

Saclay

Contact :

Marco ZITO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Marco ZITO

CEA - DRF/IRFU/SPP/TK2

0169083819

Directeur de thèse :

Marco ZITO

CEA - DRF/IRFU/SPP/TK2

0169083819

Cette thèse porte sur deux volets liés à l'expérience T2K au Japon. Il s'agit d'une thèse en cotutelle entre l'IRFU/SPP et l'INR de Moscou (le co-directeur de thèse est le professeur Yury Kudenko).



Le premier volet consiste dans une recherche de neutrinos massifs (d'une masse de quelques centaines de MeV).

Ces neutrinos sont prévus par un modèle théorique (dit nuMSM) qui permet d'expliquer à la fois la masse et oscillations des neutrinos standard, mais aussi l'existence de la matière noire et l'asymétrie matière-antimatière dans l'univers. Parmi les nouveaux états postulés par ce modèle il y aurait un neutrino massif qui se mélange avec les neutrinos connus. Ce neutrino massif pourrait donc être produit dans le faisceau de T2K par désintégration des mésons K et ensuite se désintégrer dans les TPC du détecteur proche de T2K. L'étudiant développera l'analyse pour la recherche de ces neutrinos, en particulier dans la perspective d'une grande augmentation de la statistique. Le contrôle des incertitutes systématiques se fera par le biais d'échantillon de contrôle.



Le deuxième volet porte sur la conception et le prototypage de nouveaux détecteurs pour une mise à niveau du détecteur proche de T2K. Cela permettra de réduire les incertitudes systématiques liées au modèle de sections efficaces. Le groupe de l'INR Moscou et de l'IRFU sont toutes les deux très actives dans cette mise à niveau et proposent des détecteurs de type Temps-de-Vol, et deux nouvelles TPC basés sur le détecteur Micromegas. La mise à niveau a été approuvée par l'expérience pour une installation prévue en 2021.

Test de l'anomalie des antineutrinos de réacteurs et recherche de neutrinos stériles avec l'expérience CeSOX

SL-DRF-17-0208

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Double Chooz

Saclay

Contact :

Matthieu Vivier

Thierry Lasserre

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Matthieu Vivier

CEA - DRF/IRFU/SPP/Double Chooz

0169086626

Directeur de thèse :

Thierry Lasserre

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169083649

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3554

En 2011, l’équipe de recherche « neutrinos de basses énergies » de l’IRFU a publié une réévaluation à la hausse de la prédiction des flux d’antineutrinos issus de réacteurs nucléaires. L’impact de ce changement dans l’interprétation des résultats de 20 expériences placées à courte distance (< 100 m) d’un réacteur nucléaire, toutes réalisées dans les décennies 80-90, a été examiné. Celui-ci a révélé un déficit moyen de 6 % entre le nombre de neutrinos attendus et le nombre de neutrinos détectés, appelé anomalie des antineutrinos de réacteurs. Cette anomalie pourrait s’expliquer par un nouveau mode d’oscillation à courte distance des neutrinos actifs, associés aux trois familles de leptons connues (électron, muon, et particule tau) vers un 4ème neutrino, dit stérile, dont la masse serait de l’ordre de l’électronvolt.

Cependant, le déficit est observé à un niveau de confiance statistique de 99 %, et n’est donc pas assez significatif pour définitivement conclure sur l’existence de cette nouvelle particule. Une preuve irréfutable serait l’observation d’une oscillation dans le taux de neutrinos détectés en fonction de l’énergie et de la distance, comme le prévoit le formalisme des oscillations de neutrinos. Le projet CeSOX a ainsi pour but de tester cette anomalie et de rechercher l’existence d’un neutrino stérile par l’observation d’une telle oscillation. Il consiste à déployer une source radioactive de Ce144-Pr144 à 8.5 m du détecteur Borexino, situé au Laboratoire National du Gran Sasso (LNGS) en Italie.

L’objectif de la thèse est de mener une analyse complète des données collectées par le détecteur Borexino lorsque la source sera déployée (d'ici fin 2017), pour rechercher à la fois une modulation et un déficit du taux d’antineutrinos détectés en fonction de l’énergie et de la distance, signatures caractéristiques de l’existence d’un neutrino stérile dont la masse est de l’ordre de l’électronvolt. Un point-clé de ce travail consistera à caractériser avec précision les performances (reconstruction en énergie, vertex et efficacité de détection) du détecteur dans les parties externes de son volume cible, pour profiter au maximum de la statistique collectée et tirer vers le maximum de sensibilité la recherche de neutrinos stériles. Ce travail de caractérisation se fera à l’aide des données d’étalonnage et de la simulation GEANT 4 du détecteur. L’étudiant s’investira ensuite dans les travaux de développement des outils statistiques nécessaires à l’interprétation des données, et utilisera ces outils pour fournir ses résultats sur la recherche de neutrinos stériles.

Étude de l'auto-couplage du boson de Higgs avec la reconstruction du canal HH-> bbgammagamma dans l'expérience CMS auprès du LHC

SL-DRF-17-0062

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS

Saclay

Contact :

Serguei GANJOUR

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

Directeur de thèse :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

Les limites d'observation de la production d'une paire de boson de Higgs dans le mode soit résonant soit non-résonant reconstruit en une paire de photons et une paire de jets b (HH -> bbgammagamma sont publiées pour les données du RUN-1 du LHC à 8TeV. La reconstruction du canal HH -> bbgammagamma’en utilisant les données du RUN-2 du LHC qui est en cours, à 13 TeV, permettra l’étude de l'auto couplage du Higgs et de son couplage au quark top. Au delà du modèle standard, l’étude des couplages anormaux est, entre autre rendue possible par la paramétrisation de la section efficace de production nonrésonante du double higgs avec un modèle d’interaction effective

Étude précise des couplages du boson de higgs dans sa désintégration en deux bosons de jauge Z et étude des performances des chambres Micromegas des nouvelles petites roues du détecteur ATLAS

SL-DRF-17-0103

Domaine de recherche : Physique des particules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Claude GUYOT

RODANTHI NIKOLAIDOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Claude GUYOT

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 55 74

Directeur de thèse :

RODANTHI NIKOLAIDOU

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169086157

La découverte d'une nouvelle particule avec une masse autour de 125 à 126 GeV, annoncée par les expériences ATLAS et CMS le 4 juillet 2012 est le point culminant de la chasse au boson de Higgs et marque le point de départ d’une nouvelle ère dans le domaine de physique des particules.  Le modèle standard (SM) de la physique des particules prédit avec précision les couplages du boson de Higgs à toutes les autres particules connues. D'autre part, les théories alternatives au-delà du modèle standard (BSM) prédisent des déviations par rapport aux prévisions de SM. Par conséquent, la détermination expérimentale de la nature précise du boson découvert est l'une des tâches les plus importantes du programme de physique des expériences du LHC. La deuxième phase du LHC, notée RUN-2, à une énergie de 13 TeV dans le centre de masse (par rapport à 7 et 8 TeV en RUN-1) a commencé au printemps 2015 et se poursuivra jusqu'en 2018. Elle vise à une luminosité intégrée d'environ 120 fb-1 qui, si elle est atteinte, représentera plus de cinq fois ce qui a été obtenu en RUN-1, avec un nombre de bosons de Higgs produits plus de 10 fois plus grand, compte tenu de la montée en énergie. Cela nous permettra d'effectuer des mesures plus précises des propriétés du boson de Higgs et de faire une recherche de nouvelle physique au delà du SM. 



Le sujet de thèse proposé est bien intégré dans ce programme scientifique ambitieux du LHC et de la collaboration  ATLAS. Il comporte deux parties complémentaires et reliées entre elles. 



i) La première partie de la thèse consistera en une analyse des données du run-2 dédiée à l'étude de la nature de boson de Higgs. Notre projet consiste à mesurer les couplages du boson de Higgs via sa désintégration à 4 leptons (électrons ou muons) dans un régime ou on s’éloigne de sa couche de masse (off-shell) pour être finalement combiné avec les résultats correspondants à partir des mesures de couplage on-shell. Dans la pratique, notre tâche sera de mesurer la section efficace du processus pp-> ZZ-> 4l pour une large gamme de la masse invariante des 4 leptons de l’état final. Ce canal offre la meilleure sensibilité en raison de sa signature propre avec un rapport signal sur bruit de fond excellent. De nouvelles interactions affectent à la fois le taux et les distributions différentielles de l'état final 4-lepton. L'analyse sera effectuée en classant les événements par rapport au nombre de jets produits en association avec le système des 4 leptons (ZZ + n-jets).



ii) La deuxième partie de cette thèse sera consacrée à la compréhension, l’analyse et l'exploitation des détecteurs gazeux de type MicroMegas. Des détecteurs de ce type doivent remplacer une partie du spectromètre à muons d'ATLAS et être opérationnels pour le redémarrage du LHC en 2020. Compte-tenu des contraintes de précisions et de fonctionnement qu’il faut avoir pour ces détecteurs (précision spatiales, homogénéité du gain, efficacité, etc.), de nombreuses mesures de contrôles et de qualité sont à prévoir avant, pendant et après la construction de ceux-ci. Après analyses et interprétation, ces mesures serviront à la calibration et permettront d’optimiser le fonctionnement des détecteurs.

Dopage contrôlé de supraconducteur pour les futurs accélérateurs de particules.

SL-DRF-17-0616

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (SACM)

Laboratoire d’Intégration et Développement des Cavités et Cryomodules

Saclay

Contact :

thomas proslier

Claire ANTOINE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

thomas proslier

CEA - DRF/IRFU/SACM/LIDC2

0169088711

Directeur de thèse :

Claire ANTOINE

CEA - DSM/IRFU/SACM/LIDC2

+33 169 08 73 28

Labo : http://irfu-i.cea.fr/Sacm/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=3301&voir=theme

Les cavités supraconductrices, fait en niobium massif, constituent l’un des éléments clé des accélérateurs de particule utilisés pour de multiple applications. Les futurs accélérateurs de particule nécessitent des performances des cavités supraconductrices nettement supérieures à celles atteignable actuellement. Un effort important de la communauté internationale, portés par ces projets, est engagé pour dépasser l’état de l’art.

Ce projet de thèse se concentre sur les effets du dopage sur les propriétés électroniques, structurales et chimiques de surface du niobium ainsi que leurs corrélations avec les performances sous champs radio fréquence des cavités supraconductrices. Cette approche, qui en est à ses balbutiements, a déjà démontré des améliorations notables des performances des cavités supraconductrices induites par un dopage à l’azote dans le Niobium. Cette thèse vise ainsi à améliorer non seulement la compréhension de ce phénomène en utilisant des techniques de pointes de caractérisation de surface disponibles, que l'étudiant sera amené à utiliser (notamment la technique de spectroscopie tunnel), mais également à développer d’autres approches pour améliorer le contrôle du processus de dopage ainsi que d'étudier divers dopant. Ces études se feront sur échantillons en niobium dans un premier temps puis sur cavités dans but d'optimiser leur performances.

Développement du détecteur Muon Forward Tracker (MFT) d’ALICE

SL-DRF-17-0211

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe ALICE

Saclay

Contact :

Stefano PANEBIANCO

Alberto Baldisseri

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Stefano PANEBIANCO

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

0169087357

Directeur de thèse :

Alberto Baldisseri

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169089333

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=1234

L’expérience ALICE du CERN, qui étudie le Plasma de Quarks et de Gluons, a un ambitieux programme d’améliorations pour le futur. En particulier, le rajout du Muon Forward Tracker (MFT), un détecteur de particules chargées situé près de l’endroit où les faisceaux du LHC rentrent en collision, juste devant le spectromètre à muons. Le MFT consiste en 5 plans de détection en silicium. La technologie CMOS, qui est la technologie la plus avancée actuellement pour des détecteurs de vertex, a été choisie pour fabriquer le MFT. L’IRFU a une expertise précieuse dans ce type de technologie et contribue de manière forte à la conception et à la réalisation de ce nouveau détecteur.

Le travail du doctorant consistera à participer à la finalisation de la R&D du MFT et à toutes les étapes de fabrication, validation et analyse. En particulier, il/elle aura un rôle clé dans l’études des circuits hybrides intégrant les capteurs CMOS. Une partie importante du travail consistera dans la simulation des performances de l’appareillage pour les différents signaux de physique. Il s’agira ensuite d’étudier plus en détails un canal de physique par l’analyse des données en cours d’acquisition, ce qui lui permettra de mettre en évidence les améliorations que le MFT pourra apporter dans le futur.

Caractérisation de réseaux de neurones profonds appliqués à l'électroproduction de pi0 avec CLAS12 au Jefferson Laboratory

SL-DRF-17-0958

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe CLAS

Saclay

Contact :

Maxime DEFURNE

Franck SABATIE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Maxime DEFURNE

CEA - DRF/IRFU/SPhN/CLAS

01 69 08 32 37

Directeur de thèse :

Franck SABATIE

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 32 06

Les réseaux de neurones profonds ont révolutionné l’analyse de données. Actuellement leur

utilisation pour diverses applications, allant du diagnostic médical à la reconnaissance faciale sur les réseaux sociaux, connait un véritable engouement du fait de leur surprenante performance. Toutefois les mécanismes à l’origine de cette efficacité sont loin d’être évidents, c’est pourquoi leur utilisation pour l’analyse de données expérimentales en physique reste limitée. Nous proposons d’appliquer cette technique d’intelligence artificielle à l’analyse des données qui seront collectées cet automne avec le spectromètre CLAS12 au Jefferson Lab. Il sera notamment demandé de classifier les données afin d’estimer des sections efficaces associées à divers processus telles que l’électroproduction de pions neutres. Une part significative de la thèse portera sur le développement mais également la compréhension du réseau de neurones ainsi qu’à la validation des résultats. Il est important de souligner que cette thèse s’effectuera en parallèle de deux autres sujets portant sur les données CLAS12 : L’un utilisant les méthodes d’analyse conventionnelles et l’autre utilisant pour la première fois une intelligence artificielle justifiant ces résultats mais moins performantes que les réseaux profonds en termes de classification. Ce trio de thèses sera une référence incontournable pour l’évaluation et la compréhension des méthodes d’intelligence artificielle appliquées à l’analyse de données complexes.

Coexistence de formes dans les noyaux de selenium riches en protons

SL-DRF-17-0151

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Magdalena Zielinska

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Magdalena Zielinska

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 74 86

Directeur de thèse :

Magdalena Zielinska

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 74 86

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=483

Le cadre général de ce sujet est la structure nucléaire et plus particulièrement l’étude de

la forme des noyaux de masse intermédiaire (A~70).

La thèse se focalisera sur l'étude expérimentale des propriétés nucléaires des noyaux de

sélenium riches en protons (72,74Se) en utilisant la technique de l’excitation

coulombienne, qui est la méthode la plus directe pour déterminer les formes des noyaux

dans leurs états excités. Les isotopes légers du krypton et du sélénium constituent une

région clé dans l’étude de la déformation. Certains de ces noyaux présentent un rare

phénomène de coexistence de formes : le noyau change radicalement de forme à une

faible énergie d'excitation. L’étudiant(e) sera en charge de l’analyse des expériences

d’excitation coulombienne des 72,74Se, réalisées auprès deux installations: IPN Orsay et

HIE-ISOLDE (CERN).

Diffusion Drell-Yan et production de charmonium dans les collisions pion-noyaux

SL-DRF-17-0741

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Stephane PLATCHKOV

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Stephane PLATCHKOV

CEA - DRF/IRFU/SPhN/COMPASS

0169087459

Directeur de thèse :

Stephane PLATCHKOV

CEA - DRF/IRFU/SPhN/COMPASS

0169087459

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=32

La réaction Drell-Yan (DY), où un quark et un antiquark s’annihilent pour créer une paire de leptons, permet d'accéder aux densités de distribution des quarks à l’intérieur des deux hadrons en interaction. L’interaction entre deux hadrons donne également lieu à la production de mésons J/psi, constitués d'un quark et d'un antiquark charmés (charmonium). Ces deux processus sont de nature différente, mais leurs sections efficaces sont toutes deux fonction de la densité de la matière nucléaire traversé. Elles dépendent de la perte d’énergie des partons avant l’interaction, de la perte d’énergie du J/psi après sa création et de la modification des distributions des partons dans les noyaux. Afin d’isoler les différents effets dus à la matière nucléaire, nous proposons une analyse simultanée de ces deux processus par la même expérience.

Les données expérimentales sont collectées par l’expérience COMPASS au CERN. COMPASS étudie les processus de diffusion DY et de production de J/psi en utilisant un faisceau de pions et trois cibles avec nombres atomiques différents. L'étudiant commencera sa thèse par analyser les données déjà collectées en 2015. Il devra évaluer et appliquer les corrections nécessaires pour obtenir des résultats pour chacune des trois cibles utilisées. Il devra aussi préparer au mieux la deuxième prise de données prévue pour 2018 et l’analyse qui devra suivre. Pendant la prise de données il prendra la responsabilité du fonctionnement de l’un des détecteurs de particules construits par l’IRFU.

Une grande partie du travail de thèse sera consacrée à l’interprétation des données, qui tiendra compte des développements théoriques les plus récents. Pour cette thèse collaborative l’étudiant travaillera aussi sous la direction de François Arleo du LLR (Ecole polytechnique), qui est un expert mondialement reconnu dans ce domaine. Différentes études phénoménologiques basées sur ces données sont possibles; elles permettront de clarifier: (i) la quantité de pertes d’énergie de partons dans la matière nucléaire, (ii) l’universalité des distributions des partons en diffusion profondément inélastique et en DY, (iii) la dynamique de production du charmonium dans les collisions nucléaires.

Etude de l'evolution de la forme quantique des noyaux exotiques

SL-DRF-17-0723

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Wolfram KORTEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Wolfram KORTEN

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

+33169084272

Directeur de thèse :

Wolfram KORTEN

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

+33169084272

Page perso : https://www.researchgate.net/profile/Wolfram_Korten

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=293

Voir aussi : https://www.phy.anl.gov/atlas/

La forme d’un noyau, c.à.d. la déviation par rapport à une forme sphérique de la distribution en masse, est une de ses propriétés fondamentales, gouvernée à la fois par des effets macroscopiques et microscopiques, tels que la structure en couche du noyau. L’étude de la forme des noyaux exotiques, c.à.d. très loin de la vallée de stabilité, permet de tester finement les différents modèles théoriques qui ont été développés pour les noyaux stables.

L’objectif de cette thèse est l’étude de l’évolution de la forme des noyaux riches en neutrons autour de la masse A~100 par excitation Coulombienne. Ces noyaux se situent loin des couches fermées et se déforment pour minimiser leur énergie potentielle. Contrairement à la grande majorité des noyaux non-sphériques qui prennent une forme d’ellipsoïde allongé, ces noyaux sont prédits comme très changeants pouvant aller d’allongés (prolate) à aplatis (oblate) en passant par des formes triaxiales. Mais l’information sur leur ‘‘collectivité’’ mesurée par la probabilité de transition vers des niveaux excités reste encore très limitée et la connaissance de leur forme est presque non-existante.

Pour le projet de thèse, une expérience d'excitation Coulombienne visant le noyau 100Zr est prévu. Cet isotope est positionné à N=60, à la charnière où la coexistence de forme se développe. La methode d'excitation Coulombienne permet d'extraire la probabilité d'excitation pour chaque état excité et ensuite d'extraire un jeu d'éléments de matrice électromagnétiques et surtout leur moment quadripolaire statique qui détermine la forme du noyau. Le faisceau radioactif est produit par l'installation ATLAS-CARIBU à l'Argonne National Laboratory (USA). CARIBU est la seule installation au monde qui peut actuellement délivrer ce type de faisceau d'un élément réfractaire. L'expérience est déjà acceptée par le comité local d'expériences avec une haute priorité et nous attendons sa réalisation pour (debut) 2018. Le thésard participera activement à la préparation de l'expérience. Il/Elle sera responsable pour l'analyse des données et la publications des résultats scientifiques.

Au cours de sa thèse, l’étudiant(e) sera amené(e) participer à d'autres expériences du groupe et à présenter ses résultats au cours de colloques et de conférences internationales. Cette thèse s’inscrit dans un travail collaboratif avec des partenaires français et internationaux. La préparation et la réalisation des expériences nécessiteront des missions, notamment à l'ANL, Etats-Unis, où un séjour de 4-6 semaines pourra s'avérer nécessaire.

Etude de la fonction force radiative des actinides

SL-DRF-17-0027

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe MNM

Saclay

Contact :

Emmeric DUPONT

Frank GUNSING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Emmeric DUPONT

CEA - DSM/IRFU/SPhN/MNM

01 69 08 75 53

Directeur de thèse :

Frank GUNSING

CEA - DSM/IRFU/SPhN/MNM

01 69 08 75 23

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/

Voir aussi : http://www.cern.ch/ntof

Dans le domaine de l’énergie nucléaire, il est important de connaitre l’intensité et le flux gamma à partir des contributions de toutes les réactions nucléaires. Cela n’est possible que si les bases de données sont complétées par les résultats de modèles de réactions nucléaires. Dans le cadre du modèle statistique la désexcitation gamma d’un noyau dépend du spin-parité, de la densité de niveaux, et d’un facteur appelé la fonction force radiative. Cette dernière peut être étudiée en mesurant la cascade de désexcitation gamma du noyau à l’aide d’un calorimètre. Au sein de la Collaboration n_TOF du CERN, le TAC (Total Absorption Calorimeter) est un calorimètre 4pi gamma utilisé pour l’étude des réactions induites par neutron. Les mesures réalisées par le CEA avec les cibles U-233 et U-234 fournissent des informations sur la multiplicité et l’énergie des gammas de capture et de fission qui peuvent être comparées aux simulations numériques. Ces dernières seront réalisées avec un code Monte-Carlo (GEANT4) qui peut utiliser les multiplicités et spectres gamma calculés par des codes dédiés, tels que DICEBOX, KEWPIE (pour les gammas de capture) et FIFRELIN, GEF (pour les gammas de fission). Les simulations pourront être améliorées et validées grâce aux données mesurées avec le TAC. En particulier, les résultats obtenus avec les isotopes de l’uranium permettront de mieux comprendre l’évolution de leurs propriétés en fonction du nombre de neutrons, et notamment celles de la fonction force radiative. L’amélioration des codes de réaction nucléaire qui en découlera permettra de mettre à jour et compléter les bases de données évaluées.

Etude de la production de quarkonia dans les collisions d’ions lourds au LHC avec ALICE

SL-DRF-17-0391

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe ALICE

Saclay

Contact :

Javier CASTILLO

Alberto Baldisseri

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Javier CASTILLO

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169087255

Directeur de thèse :

Alberto Baldisseri

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169089333

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/Alice/

Voir aussi : http://alice-collaboration.web.cern.ch

Quelques micro-secondes après le Big Bang l’Univers se trouvait dans un état de plasma de quarks et de gluons (QGP). Cet état, prédît par la Chromodynamique Quantique, la théorie de l’interaction forte, est atteint pour des températures ou des densités d’énergie très élevées, telles que celles atteintes dans les collisions d’ions lourds ultra-relativistes au LHC au CERN. L’étude de la production des quarkonia, états liés de quarks lourds (charme c-cbar ou beauté b-bbar), est particulièrement pertinente pour comprendre les propriétés du QGP. Les quarkonia sont des particules rares et lourdes produites aux premiers instants de la collision, avant la formation du QGP. Ceci en fait des sondes idéales du QGP. En le traversant, la paire quark/anti-quark serait écrantée par les nombreux quarks et gluons du QGP (suppression des quarkonia). Différents états quarkonia ayant différentes énergies de liaison, la probabilité de dissociation de chaque état sera différente (suppression séquentielle). Au LHC, Upsilon (b-bbar) et J/psi (c-cbar) sont complémentaires, les premiers sont plus aptes pour étudier la suppression séquentielle, alors que les seconds permettent d’étudier la régénération (création de quarkonia par recombinaison de quarks du QGP). De plus, les effets dits froids, affectant la production des quarkonia même en absence du QGP, peuvent être étudiés avec des collisions proton-noyau.



Nous proposons d’étudier la production des quarkonia dans les collisions Pb-Pb et p-Pb aux énergies du LHC. Les quarkonia seront mesurés via leur décroissance en deux muons, lesquels seront reconstruits avec le spectromètre à muons d’ALICE. Dès 2015, le LHC fonctionne à une énergie presque double que celle du run 1. En 2015, ALICE a accumulé trois fois plus de données Pb-Pb que lors du run 1 et fin 2016 des données p-Pb seront aussi prises. Ceci permettra à l’étudiant de réaliser une analyse détaillée de la production des différents états quarkonia. L’étudiant participera aux prises de données d’ALICE au LHC ainsi qu’à l’alignement du spectromètre. Ce travail lui permettra de se familiariser avec les outils de travail de la grille de calcul et les codes de simulation, reconstruction et analyse de la collaboration ALICE.
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