49 sujets IRFU

Dernière mise à jour : 03-06-2020


• Astroparticules

• Astrophysique

• Data intelligence dont Intelligence Artificielle

• Instrumentation

• Mathématiques - Analyse numérique - Simulation

• Neutronique

• Photonique, imageurs et écrans

• Physique nucléaire

• Physique des particules

• Physique nucléaire

• Technologies pour la santé et l’environnement, dispositifs médicaux

 

Astrophysique multi-messagers à haute énergie avec H.E.S.S. et CTA

SL-DRF-20-0001

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Astroparticules (GAP)

Saclay

Contact :

Fabian Schussler

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Fabian Schussler
CEA - DRF/IRFU/DPHP/HESS 2

+33169083020

Directeur de thèse :

Fabian Schussler
CEA - DRF/IRFU/DPHP/HESS 2

+33169083020

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/fabian.schussler/index.html

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

Tout récemment, un domaine fondamentalement nouveau de l’astronomie et de l’astrophysique a montré ses premiers résultats : l’astrophysique multi-messagers et l’astrophysique en temps réel. La détection simultanée de divers nouveaux messagers astrophysiques (ondes gravitationnelles, rayons gamma à haute énergie et neutrinos à haute énergie) et l’échange et la combinaison de données provenant d’observatoires très différents permettent d’ouvrir de nouvelles fenêtres et de mieux comprendre les phénomènes les plus violents jamais observés.

Des conclusions nouvelles et significatives peuvent être obtenues en combinant ces nouveaux messagers. Les analyses conjointes de données archivées sur différentes longueurs d’onde ont apporté d’énormes connaissances dans le passé et, comme cette technique fournit un retour scientifique assuré et certain, elle sera également utilisée dans le projet de thèse proposé. En même temps, il est clair qu’une autre étape importante augmente considérablement la sensibilité des recherches multi-messagers: la nécessité d’avoir accès à la mine d’informations fournies par l’analyse et la combinaison des données en temps réel. Ce projet de thèse permettra d’ouvrir cette nouvelle fenêtre sur l’univers des hautes énergies : l’astronomie multi-messagers en temps réel à très hautes énergies. La combinaison des différentes particules et radiations dans un système d’alerte en ligne véritablement multi-messagers résoudra plusieurs défis rencontrés en astrophysique des hautes énergies et permettra notamment de détecter et d’étudier les phénomènes transitoires violents qui sont supposés être à l’origine des rayons cosmiques des hautes énergies. Le projet introduira le domaine temporel à l’astrophysique à haute énergie et a le potentiel de provoquer un changement de paradigme dans la façon dont les observations et les analyses de données sont effectuées.

Le cœur du projet proposé sera H.E.S.S., actuellement l’instrument à rayons gamma le plus sensible au monde, et CTA, l’observatoire mondial des rayons gamma à haute énergie de prochaine génération. Nous combinerons leurs données avec les événements enregistrés par IceCube, le plus grand télescope à neutrinos du monde et les interféromètres à ondes gravitationnelles Virgo et Ligo. La détection d’une source transitoire de rayons gamma à haute énergie en coïncidence avec des ondes gravitationnelles ou des neutrinos à haute énergie fournira les preuves longtemps recherchées de leur origine commune et pourrait résoudre la quête séculaire de l’origine des rayons cosmiques à haute énergie.

Nous collaborerons également avec les observatoires radio les plus sensibles du monde (par exemple, les précurseurs du SKA MeerKAT et ASKAP) pour rechercher des contreparties aux explosions radio rapides et, en général, étudier une grande variété de messagers comme les sursaut de rayons gamma ou les éruptions provenant de noyaux galactiques actifs. En analysant les données acquises par les observatoires de rayons gamma à haute énergie en temps réel, il sera également possible d’envoyer des alertes à l’ensemble de la communauté astronomique pour assurer des observations simultanées à d’autres longueurs d’onde.





Etude de l’énergie noire et contraintes cosmologiques avec les galaxies à raies d‘émission du relevé spectroscopique DESI

SL-DRF-20-0972

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Cosmologie (GCOSMO)

Saclay

Contact :

Vanina RUHLMANN-KLEIDER

Etienne Burtin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Vanina RUHLMANN-KLEIDER
CEA - DRF/IRFU/DPHP/GCOSMO

01 69 08 61 57

Directeur de thèse :

Etienne Burtin
CEA - DRF/IRFU/DPHP/GCOSMO

0169085358

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. Une modification de la relativité générale aux échelles cosmologiques est une hypothèse possible. Parmi les mesures, celle du taux de croissance des structures est le moyen le plus direct de tester les prédictions de la relativité générale, puisque la gravité est le moteur de cette croissance. Cette thèse propose d’utiliser les observations du spectrographe DESI récemment mis en service pour étudier la distribution des galaxies à raies d’émission, traceur principal de DESI, afin d’en déduire une mesure du taux de croissance des structures, à comparer aux prédictions de la relativité générale afin de rechercher d’éventuelles déviations.

Cette thèse se déroulera à l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers au CEA-Saclay. Le futur doctorant sera intégré au groupe de cosmologie de l'Irfu/DPhP, composé de 9 physiciens, 6 doctorants et 2 post-docs. Présent et moteur dans les expériences eBOSS et DESI, le groupe participe également à Euclid et a eu par le passé une forte contribution dans SNLS, Planck et BOSS, toutes expériences organisées en collaborations internationales. Le futur doctorant sera intégré à la collaboration DESI dont il analysera les données et bénéficiera pour ce faire de toute l’expertise du groupe déjà acquise sur BOSS et eBOSS.

Le traitement du langage naturel par l'intelligence artificielle en astrophysique

SL-DRF-20-1121

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe HESS 2

Saclay

Contact :

Fabian Schussler

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Fabian Schussler
CEA - DRF/IRFU/DPHP/HESS 2

+33169083020

Directeur de thèse :

Fabian Schussler
CEA - DRF/IRFU/DPHP/HESS 2

+33169083020

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/fabian.schussler/index.html

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

Voir aussi : https://www.limsi.fr/fr/recherche/iles

En astrophysique de haute énergie nous étudions les phénomènes les plus violents de l'univers. L'échange rapide d'informations entre chercheurs et entre des observatoires est crucial pour détecter ces événements transitoires, c'est-à-dire de courte durée. Une variété grandissante d'observatoires couvrant tout le domaine des longueurs d'onde et tous les messagers cosmiques y participent. Victime de son propre succès, la manière actuelle de lire, d'analyser et de classer manuellement les informations partagées par les astrophysiciens approche la saturation. L'une des nouvelles approches les plus prometteuses est de s'appuyer sur les progrès récents dans le domaine de l'intelligence artificielle et surtout du traitement du langage naturel et de l'extraction d'informations.



Cette thèse réunira des experts de premier plan dans deux domaines passionnants : l'intelligence artificielle et l'astrophysique multi-messager. Elle s'inscrira dans le cadre du programme UDOPIA de l'université Paris-Saclay et bénéficiera d'un riche écosystème d'intelligence artificielle ayant des liens étroits avec l'industrie.
ÉTUDE DE LA VARIABILITE MULTI-ECHELLES DU CIEL GAMMA A TRES HAUTE ENERGIE

SL-DRF-20-0336

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Astroparticules (GAP)

Saclay

Contact :

Francois BRUN

Jean-François Glicenstein

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Francois BRUN
CEA - DRF/IRFU/DPHP/HESS 2


Directeur de thèse :

Jean-François Glicenstein
CEA - DRF/IRFU/DPHP/HESS 2

0169089814

Labo : http://irfu.cea.fr/dphp/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=3429

Voir aussi : https://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/

L'astronomie gamma de très haute énergie observe le ciel au-dessus de quelques dizaines de GeV. Ce domaine émergent de l’astronomie est en plein essor depuis le début des années 1990, en particulier, depuis la mise en service en 2004 du réseau de télescopes H.E.S.S. en Namibie. L'IRFU/CEA-Paris Saclay est un membre particulièrement actif de cette collaboration depuis ses débuts. Il est également impliqué dans la préparation du futur observatoire CTA (Cherenkov Telescope Array) qui devrait entrer en fonctionnement à l'horizon 2024. La détection des photons gamma d'énergie supérieure à quelques dizaines de GeV permet d'étudier les processus d’accélération des particules chargées au sein d’objets aussi variés que les vestiges de supernova ou les noyaux actifs de galaxies. Par ce biais, H.E.S.S. vise notamment à répondre à la question centenaire de l'origine des rayons cosmiques.

H.E.S.S. permet de mesurer la direction, l'énergie et le temps d'arrivée de chaque photon détecté. La mesure du temps a permis de mettre en évidence des sources dont le flux présente des variations temporelles importantes ou encore périodiques. L'étude de ces émissions variables (transitoires ou périodiques), que ce soit en direction du Centre Galactique ou de noyaux actifs de galaxies (AGN) lointains permet de mieux comprendre les processus d'émissions à l'œuvre au sein de ces sources, de caractériser le milieu dans lequel les photons se propagent mais également de tester la validité de certaines lois physiques fondamentales comme l’invariance de Lorentz. La large gamme d'échelles temporelles qu'il est possible de sonder permet de rechercher et d'étudier des sursauts ou des variations dans le flux des sources allant de quelques secondes (sursaut gamma, trous noirs primordiaux) à quelques années (systèmes binaires de haute masse, noyaux actifs de galaxie).

L'un des succès majeurs de la première décennie de prise de données de H.E.S.S. a été de conduire le premier relevé des sources du plan Galactique dans cette gamme d’énergie. Ce relevé´, qui a nécessité plus de 10 ans de prises de données, combine des observations dédiées a` certaines sources, comme le Centre Galactique ou certains vestiges de supernovæ, mais aussi des observations a` l’aveugle pour la découverte de nouvelles sources. Le sujet de thèse proposé ici porte sur un aspect de l'étude du plan Galactique qui reste à explorer : la recherche et l'étude de la variabilité et de la périodicité des sources gamma dans l'ensemble de ce lot de données.











Champ magnétique intergalactique et sursauts gamma avec CTA

SL-DRF-20-0498

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Renaud Belmont

Thierry STOLARCZYK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Renaud Belmont
Université de Paris (Paris 7) - DRF/IRFU/DAP/LEPCHE


Directeur de thèse :

Thierry STOLARCZYK
CEA - DRF/IRFU/DAp/LEPCHE

+33 1 69 08 78 12

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/thierry.stolarczyk/

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

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

Le champ magnétique intergalactique qui baigne les vides cosmiques est très probablement une relique des premiers instants de l’Univers. Le but de cette thèse est de chercher les signatures de ce champ dans les observations de sursauts gamma à très haute énergie, et notamment de prédire les capacités du futur observatoire CTA à contraindre ses propriétés. Il s’agit d’un travail qui mêle étroitement modélisation théorique et analyse de données simulées de CTA.
Cosmologie- Amas de galaxies - Intelligence artificielle

SL-DRF-20-0987

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Marguerite PIERRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Marguerite PIERRE
CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Directeur de thèse :

Marguerite PIERRE
CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=972

Voir aussi : Site du projet XXL http://irfu.cea.fr/xxl

Les amas de galaxies sont les entités les plus massives de l’univers et, à ce titre, constituent une sonde cosmologique importante.

Le survey XXL est le plus grand projet du satellite européen XMM (rayons X). Il a permis de découvrir plusieurs centaines d’amas jusqu’à des distances correspondant à la moitié de l’âge de l’univers.

Le but de la thèse est de réaliser l’analyse cosmologique de cet ensemble d’amas en utilisant des techniques d’intelligence artificielle : apprentissage profond et réseau de neurones convolutif.

Dissipation de marée dans les planètes géantes: modèles de nouvelle génération à l’heure des missions spatiales

SL-DRF-20-0501

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de dynamique des étoiles des (Exo) planètes et de leur environnement (LDE3)

Saclay

Contact :

Stéphane MATHIS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Stéphane MATHIS
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

0169084930

Directeur de thèse :

Stéphane MATHIS
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

0169084930

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

Depuis Jupiter et Saturne dans notre système solaire jusqu’aux Jupiters/Saturnes « chauds » observés dans les systèmes extrasolaires, les planètes géantes gazeuses sont des objets dynamiques aussi complexes que fascinants. Ainsi, comme on peut l’observer à leur surface, ce sont des objets turbulents en rotation magnétisés qui interagissent fortement avec leur environnement, leurs lunes dans le cas de Jupiter et de Saturne et l’étoile hôte dans le cas des Jupiters/Saturnes « chauds » qui ont une période orbitale très courte. Dans ces systèmes, les forces d’interaction de marées, les ondes qu’elles génèrent (l’équivalent dans les planètes géantes des ondes de marées océaniques sur Terre) et leur dissipation jouent un rôle crucial pour l’évolution des orbites et de la rotation de la planète. Dans ce contexte, notre connaissance des planètes géantes et des marées en leur sein a connu plusieurs révolutions. D’une part, l’astrométrie de haute précision et la sonde CASSINI (NASA/ESA) ont démontré que la dissipation de marée est dix fois plus intense qu’attendue dans Jupiter et Saturne. D’autre part, les grands relevés photométriques Kepler/K2 et TESS (NASA) observent une grande diversité d’architectures orbitales pour les systèmes extrasolaires, en particulier dans le cas des Jupiters et des Saturnes « chauds » qui ont une orbite très proche de leur étoile et qui semblent être le site d’une dissipation moins intense que dans Jupiter et Saturne. Enfin, la sonde JUNO (NASA) et le grand finale de la sonde CASSINI ont révélé la structure et la dynamique internes de Jupiter et de Saturne: les intenses vents azimutaux observés à leur surface sont confinés dans leurs couches les plus externes du fait de l’action du champ magnétique dans les régions plus internes tandis que les éléments lourds contenus dans le noyau se mélangent au sein de la profonde enveloppe gazeuse dont ils modifient la structure. L’objectif de ce projet de thèse est donc de construire les nouveaux modèles cohérents de dissipation des ondes de marées dans l’intérieur des (exo-)planètes géantes gazeuses qui sont indispensables pour la compréhension de leurs systèmes et qui prendront en compte l’ensemble de ces phénomènes complexes et des nouvelles contraintes observationnelles. Ils seront ensuite appliqués pour prédire l’évolution des systèmes planétaires en support des missions spatiales en cours et à venir dans lesquelles le Département d’Astrophysique du CEA/IRFU est fortement impliqué (JWST, PLATO, ARIEL).
Dévoiler la face cachée des 3 premiers milliards d’années de la formation des galaxies

SL-DRF-20-0328

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

David ELBAZ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

David ELBAZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG

0169085439

Directeur de thèse :

David ELBAZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG

0169085439

L’un des enjeux majeurs de l’astrophysique consiste à comprendre comment les galaxies assemblent leur masse, donnent naissance à leurs étoiles et trous noirs supermassifs au cours du temps, et comment cet assemblage dépend de leur évolution interne et/ou de facteurs externes tels que les halo de matière noire et les fusions galactiques. À ce jour, notre compréhension de l’histoire cosmique de la formation d’étoiles reste largement incomplète sur la période clé des 3 milliards d'années qui ont suivi la réionisation, i.e. entre z~6 - quand les galaxies avaient formé moins de 1% de leurs étoiles actuelles - jusqu'à l’époque du pic de formation d'étoiles autour de z~1.5. ’Au cours de cette thèse, l’étudiant bénéficiera d’un ensemble de données uniques – principalement issues de l’interféromètre ALMA et du James Webb Space Telescope (JWST) – qui lui permettront de quantifier cette période de l’histoire de l'activité de formation d’étoiles, de la croissance en masse et de l'évolution morphologique des galaxies. Lever l’incertitude sur cette époque aura donc un impact majeur sur notre compréhension de la formation des structures dans l’univers, voire de notre cosmologie, et c’est l’un des objectifs majeurs de notre programme sur le JWST.
Etude de l’inflation avec des quasars et des galaxies dans DESI

SL-DRF-20-0113

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Cosmologie (GCOSMO)

Saclay

Contact :

Christophe YECHE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Christophe YECHE
CEA - DRF/IRFU/SPP/Bao

01-69-08-70-50

Directeur de thèse :

Christophe YECHE
CEA - DRF/IRFU/SPP/Bao

01-69-08-70-50

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=3428

Voir aussi : https://www.desi.lbl.gov

Les mesures des propriétés statistiques de la structure de l’univers à grande échelle (LSS) fournissent des informations sur la physique qui a généré les fluctuations primordiales de densité. En particulier, elles permettent de distinguer différents modèles d’inflation cosmique en mesurant la non-gaussianité primordiale (PNG), l’écart par rapport aux conditions initiales du champ aléatoire gaussien.



Notre plan pour étudier la PNG consiste à utiliser un relevé spectroscopique, DESI, dont les observations débuteront au cours de l’automne 2019. Les structures à grande échelle seront mesurées avec deux traceurs différents de la matière: des quasars d’une part, et des galaxies à raies d’émission (ELG), qui sont des galaxies formant des étoiles, d’autre part. Ces deux traceurs nous permettent de couvrir une large plage de redshift allant de 0.6 à 2.5.



DESI réalisera un relevé 3D de dizaines de millions de galaxies et de quasars en 5 ans sur 14 000 degrés carrés. Les observations auront lieu auprès du télescope Mayall de 4 m en Arizona.



Au cours de sa première année de thèse, le doctorant participera à la mise en service du nouvel instrument et à la validation du relevé. En particulier, il/elle sera responsable de la validation de la sélection des objets ELG et quasar. Il/elle étudiera ensuite la fonction de corrélation à grande échelle de ces traceurs afin de mesurer la PNG. Avec la première année d’observation de DESI, nous devrions atteindre une sensibilité meilleure que toutes les mesures antérieures reposant sur l’étude des structures à grande échelle.
Etude de l’énergie noire avec les forêts Lyman-alpha des quasars du relevé DESI

SL-DRF-20-0606

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Bao

Saclay

Contact :

James RICH

Jean-Marc Le Goff

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

James RICH
CEA - DRF/IRFU

01 69 08 39 11

Directeur de thèse :

Jean-Marc Le Goff
CEA - DRF/IRFU

0169083962

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.

Le relevé DESI devrait être trois fois plus précis que SDSS IV. La prise de données commence en 2020 et se terminera en 2025. Le doctorant participera à la mesure ainsi qu'à l'étude de simulations de spectres de quasars pour estimer les effets systématiques.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 sera dans un cadre favorable car les équipes françaises (LPNHE et CEA Saclay) ont un rôle leader au sein de SDSS et de DESI sur les études Lyman-alpha. Il développera ses connaissances et capacités en cosmologie, statistique, traitement et ajustement de données, étude des effets systématiques, et informatique: Python et éventuellement C et C++, gestion de grande quantités de données et utilisation de fermes de processeurs. Il présentera ses travaux en anglais lors de téléconférences hebdomadaires et de réunions de collaboration aux Etats Unis et en Europe.

Euclid : Construction du catalogue d’amas de galaxies détectés par effet de lentille gravitationnelle faible

SL-DRF-20-0566

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Laboratoire de cosmologie et statistiques (LCS)

Saclay

Contact :

Sandrine Pires

Gabriel Pratt

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2010

Contact :

Sandrine Pires
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/LCS

01 69 08 92 63

Directeur de thèse :

Gabriel Pratt
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG

0169084706

Page perso : http://www.cosmostat.org/people/sandrine-pires

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

Voir aussi : https://www.euclid-ec.org

Euclid est une mission de l’ESA de référence internationale en cosmologie qui doit être lancée en 2022. Dans ce cadre, le laboratoire AIM qui est à l’origine de la mission, a un certain nombre de responsabilités à des postes clés dans le management, le développement instrumental, le segment-sol et la science associée. La sensibilité d’Euclid devrait permettre une détection aveugle des amas de galaxies à partir de leurs effets de lentilles gravitationnelles i.e. étroitement liés à la masse totale projetée. Ce point combiné avec la taille du relevé (15 000 deg2) devrait permettre de construire un catalogue d’amas de galaxies unique de par sa taille et ses caractéristiques de sélection. Contrairement aux catalogues d’amas de galaxies construits jusqu’à maintenant qui sont détectés par leur contenu baryonique (e.g. via le contenu en gas de l’amas en X ou via l’effet Sunyaev-Zeldovich (SZ) aux longueurs d’ondes millimétriques ou encore via les emissions dans le visible des galaxies), le catalogue d’amas détectés par effet de lentille gravitationnelle est directement lié à la masse totale des amas et de ce fait vraiment représentatif de la vraie population d’amas de galaxies. Cela devrait apporter de nouvelles contraintes sur l’abondance des amas de galaxies, et ainsi avoir des implications en cosmologie. Le laboratoire AIM est aussi fortement impliqué dans le relevé CFIS (PI : Jean-Charles Cuillandre) qui est en cours et qui doit fournir une partie des données sol nécessaires à la mission Euclid. Les données CFIS sont suffisantes pour tester la détection aveugle des amas de galaxies par leurs effets de lentilles gravitationnelles, pour les amas les plus massifs. Dans ce contexte, le laboratoire AIM est également fortement impliqué dans le projet XMM-Heritage (PI : Monique Arnaud) dont les observations sont en cours. Ce projet s’étale sur plusieurs années et prévoit d’observer avec le telescope XMM-Newton 118 amas de galaxies, sélectionnés entre 0.05 < z < 0.6 via leur effet SZ. Un des enjeux principaux de ce programme est d’obtenir pour la première fois des données X de qualité homogène, sur un aussi large échantillon d’amas de galaxies. Un point important est que la stratégie de sélection de ces objets a été faite en synergie avec les relevés Euclid et CFIS permettant une comparaison directe des objets et ainsi une bonne caractérisation des effets de sélection des amas de galaxies. C’est dans ce contexte très stimulant que se situe ce projet de recherche qui vise à mettre au point des méthodes innovantes pour la construction du catalogue d’amas de galaxies détectés par effet de lentille gravitationnelle (d’abord CFIS puis Euclid) et de participer à son exploitation scientifique en le combinant avec les données XMM-Heritage.

Formation, évolution et impact des couples stellaires

SL-DRF-20-0587

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Sylvain CHATY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Sylvain CHATY
Université de Paris et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 57 27 53 04

Directeur de thèse :

Sylvain CHATY
Université de Paris et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 57 27 53 04

Page perso : www.linkedin.com/in/sylvainchaty

Labo : irfu.cea.fr/dap

Les couples stellaires sont légion dans notre Galaxie: plus de 70% des étoiles massives vivent en couple au cours de leur vie stellaire. Cette thèse a pour but d'étudier comment se forment ces binaires, comment elles évoluent, et quel est leur impact sur leur environnement.



Les étoiles massives vivent en couple...

Plusieurs révolutions se sont produites ces dernières années dans le domaine stellaire. La première est la réalisation que la plupart (plus de 70%) des étoiles massives vivent au sein d’un couple stellaire (Sana et al. 2012). Cette binarité a des conséquences majeures sur l'évolution des étoiles, fortement influencée par la présence d’un « compagnon », en particulier via le transfert de matière et de moment cinétique (Chaty 2013). Le destin de ces couples stellaires est déterminé par l’évolution de chaque composante, l’étoile la plus massive s’effondrant en premier lors de l’explosion de supernova, donnant naissance à une étoile à neutron ou à un trou noir (Tauris et al. 2017). C’est ainsi que naît un couple stellaire accrétant, formé d’un astre compact en orbite autour de son compagnon, parmi les astres les plus fascinants de l’Univers. L’étoile compagnon, massive, se caractérise par une éjection de vent plus ou moins conséquente en fonction de sa métallicité, et l'astre compact, baignant dans ce vent, attire une partie de cette matière, qui, accrétée, s'accumule à la surface, chauffée à des températures de plusieurs millions de degrés, émettant principalement dans le domaine des rayons X. Ces astres donnent régulièrement lieu à des variations extrêmes de luminosité, de plusieurs ordres de grandeur sur l’ensemble du spectre électromagnétique, sur des échelles de temps allant de la seconde au mois.



...jusqu’à fusionner...

La deuxième révolution est la détection, par les interféromètres de la collaboration LIGO/Virgo, d’ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux trous noirs (première détection en septembre 2015) puis de deux étoiles à neutron (août 2017). Cette fusion intervient à la fin de la vie de certains couples stellaires, dépendant de leur masse, de leur séparation orbitale, et de plusieurs autres paramètres en jeu lors de leur évolution. La fusion d’étoiles à neutron s’accompagne d’une émission d’ondes électromagnétiques, nommée kilonova, et des observations spectroscopiques ont prouvé que des atomes lourds étaient créés lors de cet événement, via le « processus rapide » de nucléosynthèse (r-process).



...avec un impact sur leur environnement!

Il est aujourd’hui établi que l’effondrement d’étoiles massives en supernova joue un rôle clé dans l'enrichissement du milieu interstellaire -depuis les atomes lourds jusqu’aux molécules complexes-, ainsi que dans le déclenchement de la formation de nouvelles étoiles. Par contre, l’impact du vent de ces étoiles massives sur leur environnement, tout au long de leur vie, a été longtemps négligé. Or cette matière éjectée se disperse dans le milieu environnant, jusqu’à entrer en collision avec un milieu interstellaire dense, potentiellement à l’origine du déclenchement de nouvelles formations d’étoiles, comme suggéré par des observations du satellite Herschel (Chaty et al. 2012). Enfin, les observations récentes de r-process concomitant à la détection d’une kilonova montrent que la fusion de deux étoiles à neutron est un élément important (voire même majoritaire) de nucléosynthèse dans la Galaxie.



Cette thèse, couvrant divers domaines de l’astrophysique, propose d'étudier comment se forment ces formidables couples d’étoiles massives, dont le rôle est primordial au sein du cycle de la matière, comment ils évoluent, et quel est leur impact sur leur environnement, en se basant sur des observations multi-longueur d’onde (ESO, Gaia…).

INTERACTIONS ENTRE RAYONS COSMIQUES ET MILIEU INTERSTELLAIRE

SL-DRF-20-0641

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Isabelle GRENIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Isabelle GRENIER
Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 44 00

Directeur de thèse :

Isabelle GRENIER
Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 44 00

Page perso : https://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/team/bio_grenier.html

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

Les rayons cosmiques sont-ils des acteurs ou des passagers dans l'évolution des galaxies ’ Selon les modèles actuels d’évolution des galaxies, les étoiles se forment trop efficacement et trop tôt dans l'histoire de l'Univers. Les phénomènes de haute énergie tels que les jets de trous noirs supermassifs et les explosions de supernova modifient l’évolution du gaz et des champs magnétiques dans et autour d’une galaxie, mais leur impact ne permet pas d'expliquer des observations clés telles que les puissants vents galactiques. Les rayons cosmiques peuvent jouer un rôle particulier dans cette évolution en transférant une part de l’énergie des supernovae vers le milieu interstellaire sur des milliers de parsecs et pendant des dizaines de millions d'années autour de leur source, en augmentant la flottabilité du gaz et en exerçant une pression anisotrope le long des lignes de champ magnétique et vers l’extérieur de la galaxie. Pour évaluer leur impact, il est essentiel de comprendre comment les rayons cosmiques se propagent dans une galaxie et comment leurs propriétés de transport varient selon les conditions interstellaires ambiantes. Pour mieux cerner ce problème, nous proposons de comparer pour la première fois la distribution de rayons cosmiques obtenue dans des simulations numériques de nuages interstellaires avec des mesures déduites d’observations multi-longueurs d'onde dans des régions comparables de la Voie Lactée. Une équipe du département d'Astrophysique encadrera le doctorant sur les simulations de haute performance et sur les différentes observations du milieu interstellaire, de la topologie magnétique et des rayons cosmiques. Le doctorant travaillera également dans le cadre de la collaboration internationale pour le télescope spatial gamma Fermi.
JWST: from data analysis software and techniques to the quest for hidden mergers and bulge growth in high redshift galaxies

SL-DRF-20-0106

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Emanuele DADDI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Emanuele DADDI
CEA - DRF/IRFU


Directeur de thèse :

Emanuele DADDI
CEA - DRF/IRFU


JWST will be launched in 2021, with an important participation from ESA, CNES and CEA for the mid-infrared instrument MIRI. JWST capabilities are revolutionary, compared to the existing state of the art, in terms of resolution and sensitivity over the 1- 30’m wavelength range, where stars and (warm) dust emit their light from galaxies at high redshift. For the first time JWST will provide spatially resolved photometry up to the mid-IR (at least 10’m, with NIRCAM and MIRI) with sub-arcsec resolution. The competitive exploitation of the data for scientific endeavors will require the mastering of the data, deeply understanding the reduction, treatment and developing tools to foster the analysis. I propose a PhD thesis in Saclay as a collaborative effort between experts from ’MICE, the Centre of Expertise for MIRI’, developed at CEA/Irfu/DAp, and with researchers in galaxy formation and evolution. The student will be responsible for developing new high level software for the analysis of resolved imaging data from MIRI and NIRCAM, modeling and understand the resolution, ’pixelization’ and PSF convolution effects. This will include high-level software to create spatially resolved maps of physical parameters (stellar mass, dust attenuation, stellar age, star formation rate) and pixel-by-pixel spectral energy distributions. The student will work on testing and improving the existing MIRI simulator, adapting it to the case of resolved observations of distant galaxies. The results of the efforts will be shared with several of the CEA Saclay groups in the spirit of fostering our expertise and efficiency in the early use of the groundbreaking JWST data. This work will be based on data from our recently approved Early Release Science (ERS) project observing with a suite of JWST instruments (NIRCAM, NIRSPEC, and MIRI) on well-studied cosmological fields. This ERS project is lead by S. Finkelstein at the University of Texas and includes E. Daddi and D. Elbaz from CEA-Saclay among the international teams of proposers. These observations will be among the first delivered by JWST, in parallel with those from GTO teams.

The student will ultimately use the Early Release Science data on cosmological fields to search for ongoing hidden merger events and AGN components resolved inside galaxies, by distinguishing them from the whole galaxy (e.g., nuclear events, or similar), and constraining the growth of inner bulges with passive and/or active stellar populations. This research is based on recent discoveries from our team at the peak of galaxy formation z=1-4. Eventually this research will lead to the first realistic estimates of the relevance of these widely discussed and hot topics.

Le squelette de la formation d'étoiles avec ASKAP

SL-DRF-20-0734

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de modélisation des plasmas astrophysiques (LMPA)

Saclay

Contact :

Marc-Antoine Miville-Deschênes

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-02-2020

Contact :

Marc-Antoine Miville-Deschênes
CNRS - DRF/IRFU/DAP/LMPA


Directeur de thèse :

Marc-Antoine Miville-Deschênes
CNRS - DRF/IRFU/DAP/LMPA


Page perso : https://hyperstars.fr/mamd

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

Voir aussi : https://hyperstars.fr

La formation des étoiles est un aspect fondamental de l'évolution de l'Univers. Étrangement cet aspect reste mal compris du fait de la combinaison d'un grand nombre de processus physique complexe : instabilités diverses (dynamique, chimique, thermique), turbulence magnétisée, gravité, injection d'énergie par les étoiles elles-même. Cette physique multi-échelles et multi-processus impose que ce problème soit maintenant étudié à l'aide de simulations numériques de plus en plus sophistiquées. D'importants progrès ont été fait au point que nous sommes maintenant dans une situation où les contraintes observationnelles viennent à manquer pour identifier le scénario exact. Ceci est en partie causé par la difficulté à comparer quantitativement les observations et les simulations numériques. Dans ce contexte, la science des données apportent de nouvelles perspectives d'exploration des données et, en particulier concernant l'identification de nouvelles métriques pour comparer simulations et observations.

Le sujet de cette thèse de doctorat est de définir un cadre permettant d'estimer les paramètres physique (intensité du champ magnétique, température du gaz, densité, spectre de puissance de la vitesse) de différentes région du milieu interstellaire en appliquant des outils statistiques à des observations hyper-spectrales 21 cm obtenues au radio-interféromètre ASKAP, précurseur australien de SKA. Le développement des outils se fera sur la base d'un apprentissage à partir d'un jeu de simulations numériques représentatives des régions observées (milieu interstellaire atomique, diffus à haute latitude galactique). Ce sujet est rendu possible grâce à la combinaison d'expertises présentes dans la collaboration Hyperstars qui réunit des experts du processus de formation d'étoiles (M-A Miville-Deschênes et Patrick Hennebelle) et des experts de la science des données.
Les corrélations croisées entre les sondes cosmologiques des expériences Euclid, BOSS/eBOSS, Planck, et au-delà

SL-DRF-20-0614

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

Valeria Pettorino

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

21753

Directeur de thèse :

Valeria Pettorino
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

0785502477

Page perso : www.cosmostat.org/valeria-pettorino

Labo : www.cosmostat.org

Voir aussi : http://www.cosmostat.org/jobs/xc_dap_dphp

Nous proposons une thèse qui vise à fournir des outils clés et dont les résultats seront utilisés pour la collaboration Euclid et au-delà.

Le doctorant engagé(e) dans le cadre de ce projet sera à l’interface entre la théorie et les observations pour obtenir le meilleur rendement scientifique du grand investissement réalisé dans les missions spatiales comme Euclid, en particulier en Europe et par le CNES.

Les objectifs principaux sont:

1) apprendre à utiliser les codes de cross-correlation existants (tels que COSMOSIS, développé par Martin Kilbinger) et utiliser les données disponibles (telles que les données réelles ou simulées pour Euclid) pour tester la gravité modifiée modèles au-delà du LCDM (sous la supervision de Valeria Pettorino, experte dans le domaine);

2) étudier l'ampleur de la contribution de XC avec le regroupement spectroscopique de galaxies, utilisant potentiellement 3D WL (pour lequel un code a été validé par A. S. Mancini & V. Pettorino);

3) étudier les synergies avec d’autres sondes, telles que les données de BOSS / eBOSS (dont Vanina Rulhmann-Kleider est experte) et le fond diffus cosmologique de Planck (dont V.Pettorino est un membre de l’équipe CORE2 et un scientifique de Planck) ou encore avec les sondes à venir dans l’espace terrestre (expériences en ballon) qui fourniront (pendant la durée de la thèse) des spectres de polarisation avec une meilleure résolution à petite échelle.

L’Univers gravitationnel : à la recherche des progéniteurs d’ondes gravitationnelles

SL-DRF-20-0575

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Sylvain CHATY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Sylvain CHATY
Université de Paris et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 57 27 53 04

Directeur de thèse :

Sylvain CHATY
Université de Paris et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 57 27 53 04

Page perso : www.linkedin.com/in/sylvainchaty

Labo : irfu.cea.fr/dap

Voir aussi : www.apc.univ-paris7.fr/APC_CS

Contexte : La découverte, par l’observatoire LIGO-Virgo le 14 septembre 2015, d’ondes gravitationnelles (OG) issues de la fusion de deux trous noirs de masse stellaire, applaudie par l’ensemble de la communauté scientifique, fut inattendue en terme de sources astrophysiques : deux trous noirs stellaires aussi massifs (~ 30 masses solaires) n’avaient jamais été vus auparavant, bien qu’ils constituent probablement le sommet de l’iceberg. A partir de cette détection, plusieurs questions se sont immédiatement posées : comment de tels trous noirs peuvent-ils se former, et combien y en a-t-il dans notre Univers local et au-delà ’ Puis, la deuxième percée est venue avec la détection d’une kilonova associée à une fusion de deux étoiles à neutrons, le 17 août 2017. D’autres questions surgirent, telles que la nature du résultat d’une telle fusion. Plus généralement, l’une des questions les plus fondamentales, en termes d’astrophysique et de physique, concerne la nature des progéniteurs qui finiront par fusionner. Enfin, nous savons maintenant que de nombreuses fusions de ce type seront détectées par les observatoires OG actuels et futurs, mais nous ne savons pas quel sera le taux exact.



Objets d’étude : Les binaires stellaires hébergeant des astres compacts (en particulier les étoiles à neutrons et les trous noirs) constituent les meilleurs progéniteurs, évoluant jusqu’à fusionner en binaires de trous noirs, d’étoiles à neutrons ou d’étoiles à neutrons et trous noirs, et émettre des OG. L’évolution globale de ces binaires est encore sujette à de nombreuses incertitudes de certains paramètres de l’évolution des binaires, tels que : le "kick" reçu lors de la supernova, les effets de métallicité sur les vents stellaires, la phase d’enveloppe commune, déterminante pour la survie ou non du système binaire, le spin de chaque objet etc.



Objectifs : Pour répondre aux questions d’astrophysique et de physique fondamentale décrites ci-dessus, nous avons besoin d’un cadre commun, rassemblant la connaissance des objets astrophysiques tels que les binaires hébergeant des objets compacts, avec l’expertise scientifique et instrumentale des détecteurs d’ondes gravitationnelles. AIM et APC sont deux laboratoires idéaux pour entreprendre une telle étude à leur interface, offrant : i. une étude approfondie des binaires individuelles, une étude globale de l’ensemble des binaires, et une modélisation de l'évolution des populations binaires, afin de caractériser la nature des progéniteurs de fusion ; et ii. l’expertise des détecteurs OG, la connaissance des détections et une estimation observationnelle des taux de fusion selon la sensibilité du détecteur. Le (la) candidat(e) s’insérera dans le groupe «Rates & Populations » au sein de la collaboration Advanced LIGO – Advanced Virgo.



Description : Au cours de cette thèse, nous modéliserons l’évolution des systèmes binaires en utilisant le code MESA : (http://mesa.sourceforge.net/binary_controls_defaults.html) afin de contraindre les paramètres encore mal connus (kick, métallicité, enveloppe commune, spin, etc). Nous utiliserons les nouvelles observations de binaires d’étoiles massives et de binaires accrétantes (obtenues à l’ESO ou délivrées par le satellite Gaia), pour en déduire des informations sur le mouvement propre –relié au kick–, sur les types spectraux de chacune des étoiles, et sur le fait que les binaires survivent ou non à la phase d’enveloppe commune (les binaires accrétantes contenant une étoile compagnon de faible masse sont vues après cette phase, alors que celles contenant une étoile de grande masse sont vues avant). Nous comparerons ensuite les prédictions des modèles (MESA) aux informations données par les observations (ESO, Gaia), dans le but de contraindre les paramètres mentionnés ci-dessus. L’utilisation de ces modèles, aux paramètres contraints, permettra ensuite de faire évoluer les systèmes jusqu’à la fusion, et d’estimer plus précisément le taux de fusion d’objets compacts (binaires d’étoiles à neutron et/ou de trous noirs). La comparaison de ces taux de fusion aux courbes de sensibilité des détecteurs OG permettra finalement d’ajuster le taux de détection des futurs détecteurs.
L’atmosphère des exoplanètes avec les missions spatiales JWST et ARIEL : la chasse aux systématiques instrumentales en amont pour ARIEL, en aval pour JWST

SL-DRF-20-0506

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de dynamique des étoiles des (Exo) planètes et de leur environnement (LDE3)

Saclay

Contact :

Pierre-Olivier LAGAGE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Pierre-Olivier LAGAGE
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

+33676738723

Directeur de thèse :

Pierre-Olivier LAGAGE
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

+33676738723

L'étude des exoplanètes est en plein essor. Depuis la détection de la 1ière exoplanète en 1995 par M. Mayor et D. Queloz (prix Nobel de Physique 2019), plus de 4000 exoplanètes ont été détectées. Le domaine est maintenant confronté à un nouveau défi : la caractérisation de l’atmosphère des exoplanètes. La connaissance de l’atmosphère amène des informations uniques pour contraindre la formation et l'évolution de l’exoplanète, son intérieur, voire la présence d’activité biologique, etc. cette caractérisation va prendre un essor considérable avec le lancement de 2 missions spatiales : le JWST en 2021 et la mission ARIEL, entièrement dédiée aux atmosphères d’exoplanètes, en 2028. L’atmosphère est étudiée à partir d’observations spectroscopiques dans l’infrarouge ; le niveau de stabilité instrumentale requis pour ces études est très élevé (jusqu’à 10 ppm sur une dizaine d’heures).

Le JWST n’a pas été conçu pour avoir la stabilité requise. Au cours de sa thèse l’étudiant-e déterminera la stabilité en vol de l’instrument MIRI du JWST, auquel le CEA a fortement contribué, la comparera avec celle prédite et analysera différentes méthodes pour améliorer la stabilité lors de la réduction des données. Le CEA est également fortement impliqué dans la mission ARIEL (maitrise d’oeuvre de l’instrument principal d’ARIEL : le spectromètre InfraRouge AIRS ; réalisation et tests de la chaine de détection). L’étudiant participera aux études de stabilité (tests en laboratoire de la chaine de détection, analyse des résultats, détermination des meilleurs modes d’opération, analyse système) afin de maximiser la stabilité instrumentale en amont du lancement.

Mots clefs : missions spatiales, détecteurs pour l'infrarouge, exoplanetes

Mesure de masse des amas de galaxies par effet de lentille gravitationnelle sur le fond diffus cosmologique

SL-DRF-20-0334

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Cosmologie (GCOSMO)

Saclay

Contact :

Jean-Baptiste Melin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Jean-Baptiste Melin
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Cosmo mm

01 69 08 73 80

Directeur de thèse :

Jean-Baptiste Melin
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Cosmo mm

01 69 08 73 80

Labo : http://irfu.cea.fr

Les amas de galaxies, situés aux nœuds de la toile cosmique, sont les plus grandes structures de l’Univers liées par la gravitation. Leur nombre et leur distribution spatiale sont très sensibles aux paramètres cosmologiques. Les amas constituent ainsi une sonde cosmologique performante. Elle a fait ses preuves ces dernières années (sondages Planck, South Pole Telescope, XXL, etc.) et promet de grandes avancées les prochaines années (sondages Euclid, LSST, CMB-S4, etc.).



Les prédictions théoriques du nombre d’amas et de leur distribution spatiale sont fonction des paramètres cosmologiques et de la masse des amas. Pour remonter aux paramètres cosmologiques à l’aide des sondages d’amas, il faut donc être capable de mesurer la masse des amas avec précision. L’erreur sur la mesure de masse est aujourd’hui l’erreur systématique principale pour la mesure des paramètres cosmologiques avec les amas. C’est pourquoi il est crucial d’améliorer cette mesure et de maitriser les erreurs associées.



La méthode la plus directe de mesure de masse des amas repose sur l’effet de lentille gravitationnelle. Celle-ci est maintenant utilisée de façon routinière dans les sondages aux longueurs d’onde visibles : un amas induit des distorsions de forme des galaxies d’arrière-plan. A partir de l’étude de ces distorsions, il est possible de reconstruire la masse de l’amas. Récemment, il a été possible de détecter ces distorsions aux longueurs millimétriques sur le fond diffus cosmologique (ou cosmic microwave background, CMB en anglais) au lieu des galaxies d’arrière-plan et de remonter à la masse des amas de cette façon. L’avantage principal d’utiliser le fond diffus cosmologique est qu’il est situé à très grande distance ce qui permet de mesurer la masse d’amas lointains ; il n’est pas possible de le faire avec les galaxies qui sont trop peu nombreuses en arrière-plan d’amas lointains.



L’Irfu/DPhP a développé les premiers outils de mesure de masse des amas de galaxies par effet de lentille gravitationnelle sur le fond diffus cosmologique pour la mission satellite Planck. Le travail de thèse consistera dans un premier temps à s’approprier ces outils puis les faire évoluer pour les rendre compatibles avec les données sol. Ils seront alors appliqués aux données publiques SPT-SZ puis SPT-SZ+Planck conjointement (https://pole.uchicago.edu).



Dans un second temps, les outils seront utilisés pour établir des stratégies d’observation et calculer les temps d’intégration nécessaires pour mesurer la masse des amas à partir des expériences millimétriques haute résolution au sol type NIKA2 (http://ipag.osug.fr/nika2/), seules puis conjointement avec Planck.



Les méthodes actuellement développées sont optimales pour les cartes en intensité totale et pour un régime en signal-sur-bruit faible. Les expériences futures auront un niveau de bruit beaucoup plus bas et seront très sensibles à la polarisation. Dans un troisième temps de la thèse, il faudra explorer de nouvelles méthodes d‘extraction de masse spécifiquement destinées aux futures expériences d’observation du fond diffus cosmologique comme CMB-S4 (https://cmb-s4.org), PICO (arXiv:1902.10541) ou CMB Backlight (arXiv: 1909.01592).



Enfin, on étudiera la précision sur les paramètres cosmologiques que l’on peut espérer obtenir à partir des catalogues d’amas, compte tenu des précisions attendues dans ces expériences futures sur la mesure de masse.
Microcalorimètres à transition supraconductrice (TES) haute impédance pour la réalisation de spectro-imageurs X pour l’astrophysique spatiale, et développement d’une micro-électronique cryogénique de multiplexage associée

SL-DRF-20-0664

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Laboratoire d’Intégration des Systèmes Electroniques de Traitement et d’Acquisition (LISETA)

Saclay

Contact :

Xavier de la BROÏSE

Jean-Luc SAUVAGEOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Xavier de la BROÏSE
CEA - DSM/IRFU/SEDI/LISETA

0169084093

Directeur de thèse :

Jean-Luc SAUVAGEOT
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

0169088052

Labo : irfu.cea.fr

La recherche en astrophysique requiert le développement de caméras de très hautes performances embarquées dans des observatoires spatiaux. L’observation de l’univers dans la gamme des rayons X (spectro-imagerie X) nécessite des détecteurs formés de matrices de microcalorimètres fonctionnant à très basse température (50 mK). L’absorption par le détecteur d’un photon X provenant de l’objet céleste observé provoque une micro-élévation de température du détecteur. La mesure de cette élévation de température, qui permet de déterminer l’énergie du photon, requiert des micro-thermomètres ultra-sensibles, et une électronique cryogénique à très bas bruit capable de les lire.

Deux technologies de thermomètres ont été utilisées jusqu’ici : les thermomètres à transition métal-isolant (MIS) en silicium dopé, de haute impédance, et les thermomètres à transition supraconductrice (TES), de très basse impédance. Chacune nécessite une électronique très spécifique, soit à base de transistors HEMT pour s’adapter aux hautes impédances, soit à base de SQUID pour s’adapter aux très basses impédances. Les hautes impédances ont l’avantage d’une dissipation thermique sur l’étage de détection extrêmement réduite, ce qui autorise un grand nombre de pixels, tandis que les TES très basse impédance, plus sensibles que les MIS, facilitent l’obtention d’excellentes résolutions spectrales.

Il y a quelques années, un nouveau type de thermomètres a été mis au point par le CNRS/CSNSM : il s’agit de TES haute impédance, permettant potentiellement de concilier les avantages de l’un et l’autre types de détecteurs. Une première thèse a été réalisée dans notre laboratoire (2016 – 2019), avec pour objectif d’évaluer cette nouvelle voie en la mettant en œuvre pour la première fois, et en l’associant à une architecture électronique de lecture novatrice réalisant une contre-réaction électrothermique active. Cette thèse a mis en évidence le caractère extrêmement prometteur du dispositif par l’obtention de premières mesures expérimentales très intéressantes.

L’objectif de la nouvelle thèse proposée ici est de poursuivre ce travail exploratoire en lui faisant franchir une nouvelle étape majeure : valider la faisabilité d’une matrice de plusieurs milliers de pixels à partir de cette nouvelle technologie. Pour cela le travail s’orientera selon deux axes parallèles : d’une part mener à bien un travail complet d’amélioration et d’optimisation destiné à tirer du dispositif ses meilleures performances, et d’autre part concevoir et tester le système électronique intégré (ASIC) de multiplexage indispensable à la réalisation de futures grandes matrices.

La difficulté principale tient dans les conditions de mise en œuvre du système : le détecteur doit être placé dans un cryo-générateur pour être refroidi à très basse température (50 mK), et doté d’une électronique cryogénique, à concevoir, fonctionnant à 4 K. Celle-ci devra assurer non seulement le multiplexage et l’amplification du signal mais également, en dépit de ce multiplexage, le maintien d’une contre-réaction électrothermique active des détecteurs, et ceci tout en satisfaisant aux contraintes de bruit et de dissipation thermique extrêmement sévères qu’exige la cryogénie spatiale.
TARGETING DES ONDES GRAVITATIONNELLES À L'AIDE DES RELEVÉS OPTIQUES : LA SYNERGIE ENTRE EUCLID ET LE CHINESE SPACE STATION TELESCOPE (CSST)

SL-DRF-20-0565

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

21753

Directeur de thèse :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

21753

Page perso : www.cosmostat.org/kilbinger

Labo : www.cosmostat.org

Voir aussi : http://www.cosmostat.org/jobs/gw_euclid_csst

La découverte directe récente des ondes gravitationnelles (OG) émises par la fusion

de deux objects compactes et massives a ouvre une nouvelle fenêtre sur l'Univers.

La contrepartie électro-magnétique (EM) de l'évènement GW170817 a commencé une

époque multi-messager pour l'astronomie. Des observations jonts OG et EM founisseront

une route vers une compréhension meilleure de la physique et le taux des processus

violents des fusions des trous noirs et des étoiles à neutron, et des propriétés

des galaxies d'hôte et des populations stellaires.



Pour identifier des OGs transients à l'aide des observations de suivi rapide à

travers la range spectrale, des relevés de galaxies dans l'ultraviolet,

l'optique, et l'infrarouge sont de très haute importance. Ce thèse explorera

la synergie et complémentarité de deux missions spatiales prochaines: le satellite

Euclid de l'ESA (lancement en 2022), et CSST, le télescope spatiale de la station

spatiale Chinoise (prévu pour 2024). Les deux expériences couvreront une grande

partie du ciel extra-galactique, avec une surface jointe de 15,000 deg^2.
Vers une caractérisation 3D des sources étendues en rayons X

SL-DRF-20-0569

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Fabio Acero

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Fabio Acero
CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

0169084705

Directeur de thèse :

Fabio Acero
CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

0169084705

Voir aussi : http://github.com/facero/sujets2020

Les données en rayons X obtenues par les satellites en rayons X sont multidimensionnelles par nature. Pour chaque photon la position et l'énergie sont enregistrés. Ce sujet propose de développer de nouvelles méthodes d'analyses multidimensionnelles mêlant apprentissage machine et méthode de séparation de sources. En particulier, nous voulons développer ici un apprentissage pour décomposer les données sur une base de spectres physiques réalistes.

L'objectif scientifique est de pouvoir déconvoluer la structure tri-dimensionelle (x,y,z) et cartographier à petite échelle spatiale les paramètres physiques sous jacents (indice spectral de l'émission synchrotron, densité, température et abondance du gaz chaud) dans les sources étendues telles que les amas de galaxies et les vestiges de supernova. Ces méthodes sont cruciales pour pouvoir pleinement exploiter les données des futures spectro-imageurs en rayons X tels que le X-IFU (satellite Athéna en préparation) dans lequel le CEA est fortement impliqué.
Étude des sursauts gamma et de leur émission rémanente dans le domaine des rayons X à l’infrarouge au vu des observations menées par la mission SVOM

SL-DRF-20-0515

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LISIS)

Saclay

Contact :

Bertrand CORDIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Bertrand CORDIER
CEA - DRF/IRFU

0169082792

Directeur de thèse :

Bertrand CORDIER
CEA - DRF/IRFU

0169082792

Voir aussi : http://www.svom.fr

Les sursauts gamma, découverts de manière fortuite à la fin des années 60, sont les explosions les plus violentes de l’Univers. Leur étude est complexe car elle nécessite la mise en orbite d’un télescope gamma pour les détecter et les localiser. L’ensemble des données récoltées a permis d’établir un scénario scientifique global dont les grandes lignes sont les suivantes : les sursauts gamma sont des explosions stellaires qui aboutissent à la formation d’un trou noir et à l’éjection de jets de matière propulsés à des vitesses très proches de celle de la lumière. Lorsque le jet est orienté vers la Terre, un observateur voit une source extrêmement brillante, qui décroît rapidement au cours du temps. Un sursaut gamma typique comprend une phase émissive prompte qui dure quelques secondes, suivie d’une émission rémanente émise lorsque le jet percute violement le milieu environnant.

La mission franco-chinoise SVOM qui sera lancé fin 2021 aura comme objectif principal d’établir un échantillon de 30 à 40 sursauts gamma par an avec une description la plus complète possible. Grâce à ses instruments déployés dans l’espace et au sol, pour la première fois l’émission prompte des sursauts sera observée sur plus de trois décades en énergie et l’émission rémanente associée sera étudiée en X, en visible et en infrarouge proche.

Le sujet de thèse proposé consiste à étudier conjointement, à partir du catalogue de sursauts détectés par la mission SVOM, la phase prompte et l’évolution de la rémanence sur une durée de quelques jours. L’interprétation de ces observations nous renseignera sur la nature du jet, sur l’accélération de particules, sur la production de rayonnement dans le jet et dans le milieu environnant choqué par le jet, sur les propriétés de ce même milieu (vent stellaire, milieu interstellaire, nuage moléculaire) et sur la nature de l’astre qui a explosé.
Apprentissage automatique pour construire les cartes de matière noire avec Euclid et estimer les paramètres cosmologiques

SL-DRF-20-0313

Domaine de recherche : Data intelligence dont Intelligence Artificielle
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jean-Luc STARCK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Jean-Luc STARCK
CEA - DSM/IRFU/SAp/LCS

01 69 08 57 64

Directeur de thèse :

Jean-Luc STARCK
CEA - DSM/IRFU/SAp/LCS

01 69 08 57 64

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

Labo : http://www.cosmostat.org

Le satellite Euclid, qui sera lancé en 2022, observera le ciel dans les domaines optique et infrarouge, et mesurera les distorsions gravitationnelles jusqu’à des redshifts très élevés. L’effet de lentille gravitationnelle faible est considérée comme l’un des outils les plus prometteurs de la cosmologie pour contraindre les modèles. Les lentilles faibles sondent l’évolution des structures de la matière noire et peuvent aider à distinguer l’énergie noire des modèles de gravité modifiée. Grâce aux mesures de cisaillement, nous pourrons reconstruire une carte de masse de matière noire de 15 000 degrés carrés. La cartographie de masse implique la construction de cartes bidimensionnelles utilisant des mesures de forme de galaxie, représentant la densité de matière totale intégrée le long de la ligne de visée. Les cartes de masse sur des petits champs ont souvent été utilisées pour étudier la structure et la distribution en masse des amas de galaxies, alors que les cartes à grand champ ne sont possibles que depuis peu, en raison des stratégies d'observation de relevés de galaxies tels que CFHTLenS, HSC, DES et KiDS. Les cartes de masse contiennent des informations cosmologiques non gaussiennes significatives et peuvent être utilisées pour identifier des amas massifs ainsi que pour effectuer une corrélation croisée entre le signal de lentille et les structures d’avant plan.

Une méthode standard pour obtenir des cartes de masse à partir d'observations à lentille faible est une technique d'inversion élaborée par Kaiser & Squires [2]. Cependant, elle comporte de nombreuses limitations, notamment la nécessité de lisser les données avant (et souvent après) l'inversion, perdant ainsi des informations à petite échelle. Une méthode alternative appelée GLIMPSE a été développée dans le laboratoire CosmoStat, basée sur une reconstruction parcimonieuse qui améliore la restaurations des structures non gaussiennes [3, 4]. L'algorithme a été testé sur des simulations et a récemment été utilisé pour étudier le cluster de galaxies en fusion A520 avec les données du télescope spatial Hubble [5]. Plus récemment, l'apprentissage automatique est apparu comme une technique prometteuse pour la récupération de cartes de masse [6].

Le but de cette thèse est i) de comparer cette technique à l’état de l’art et de déterminer si elle peut être utilisée dans la pratique, ii) d’élargir la méthode à des données sphériques, et iii) de développer une nouvelle approche d’apprentissage automatique pour estimer la valeur cosmologique. paramètres. Le développement de simulations cosmologiques rapides, capables de simuler le relevé Euclid sous diverses cosmologies, sera au cœur de ce nouveau cadre statistique. Cet outil de simulation sera basé sur le code de simulation FastPM N-body [7] et il sera implémenté directement dans le cadre d’apprentissage automatique avec TensorFlow, ce qui permettra de générer un pipeline de simulation physique différentiable pouvant être directement interfacé avec des composants d’apprentissage approfondi ou avec des techniques d’inférence reposant sur l’avantage d’avoir accès aux dérivées de la simulation.

Dans le cadre du laboratoire CosmoStat, situé au CEA Saclay, le candidat retenu sera intégré dans un groupe de recherche français de premier plan, fortement impliqué dans la préparation de la mission spatiale Euclid et ayant une longue tradition de développement d'outils statistiques de pointe pour le analyse des données astronomiques et cosmologiques.

The Euclid satellite, to be launched in 2022, will observe the sky in the optical and infrared, and will be able to map large scale structures and weak lensing distortions out to high redshifts. Weak gravitational lensing is thought to be one of the most promising tools of cosmology to constrain models. Weak lensing probes the evolution of dark-matter structures and can help distinguish between dark energy and models of modified gravity. Thanks to the shear measurements, we will be able to reconstruct a dark matter mass map of 15000 square degrees. Mass mapping entails the construction of two-dimensional maps using galaxy shape measurements, which represent the integrated total matter density along the line of sight. Small- field mass maps have been frequently used to study the structure and mass distribution of galaxy clusters, whereas wide-field maps have only more recently become possible given the broad observing strategies of surveys like CFHTLenS, HSC, DES, and KiDS. Mass maps contain significant non-Gaussian cosmological information and can be used to identify massive clusters as well as to cross-correlate the lensing signal with foreground structures.

A standard method to derive mass maps from weak-lensing observations is an inversion technique formulated by Kaiser & Squires [2]. It has many limitations, however, including the need to smooth the data before (and often after) inversion, thereby losing small-scale information. An alternative method called GLIMPSE has been developed in the CosmoStat laboratory based on sparse reconstruction that avoids this problem and improves the recovery of non-Gaussian features [3, 4]. The algorithm has been tested on simulations and was also recently used to study the A520 merging galaxy cluster with Hubble Space Telescope data [5]. More recently, machine learning has emerged as a promising technique for mass map recovery [6].

The goal of this thesis is to i) compare this technique to the state of the art and investigate if it can be used in practice, ii) extend the method for spherical data, and iii) develop a new machine learning approach to estimate the cosmological parameters. At the core of this new statistical framework will be the development of fast and differentiable cosmological simulations capable of emulating the Euclid survey under various cosmologies. This simulation tool will be based on the FastPM N-body simulation code [7] and implemented directly in the TensorFlow machine learning framework, yielding a differentiable physical forward simulation pipeline which can be directly interfaced with deep learning components or with inference techniques relying on having access to the derivatives of the simulation.

As part of the CosmoStat Laboratory, located at CEA Saclay, the successful candidate will be embedded in a leading French research group, heavily involved in the preparation of the Euclid space mission, and with a long tradition of developing cutting-edge statistical tools for the analysis of astronomical and cosmological data.



L’environnement scientifique:



La thèse se déroulera au sein du groupe de recherche pluridisciplinaire, CosmoStat, au Département d’Astrophysique du CEA sous la direction de Jean-Luc Starck et de Francois Lanusse. L’équipe est très impliquée dans le projet Euclid et le weak lensing, avec de nombreuses responsabilités (Jean-Luc Starck est leader de l’unité OULE3, en charge de définir les algorithmes utilisés pour dériver les produits finaux et également du Work Package OULE3-Weak Lensing. L’équipe a une très forte expertise dans différents domaines (problèmes inverses, weak lensing, machine learning etc.). L’étudiant thésard disposera donc d’un environnement idéal pour mener à bien ses travaux. A l’issue de sa thèse, l’étudiant maitrisera des outils sophistiqués, le savoir faire pour estimer les paramètres cosmologiques à partir de données weak lensing, et aura une très bonne connaissance du projet Euclid. Il pourra alors soit continuer dans le domaine académique, soit exploiter ses compétences dans le domaine industrie.





1. Bartelmann, M. & Schneider, P. 2001, Phys. Rep., 340, 291. ’

2. Kaiser, N. & Squires, G. 1993, ApJ, 404, 441. ’

3. Leonard, A., Lanusse, F., & Starck, J.-L. 2014, MNRAS, 440, 1281.

4. Lanusse, F., Starck, J.-L., Leonard, A., & Pires, S. 2016, A&A, 591, A2.

’5. Peel, A., Lanusse, F., & Starck, J.-L. 2017, ApJ, 847, 23.

6. Niall Jeffrey et al, submitted. https://arxiv.org/abs/1908.00543

7. Y. Feng, M. Yat Chu, U. Seljak, and P. McDonald. MNRAS, 463(3):2273–2286, 2016.





Etude d'une chaîne de mesures de température pour les cryo-générateurs spatiaux à l'aide d'une électronique cryogénique dédiée

SL-DRF-20-0617

Domaine de recherche : Instrumentation
Laboratoire d'accueil :

Département d’ingénierie des systèmes (DIS)

Laboratoire d’Electronique Instrumentale (LEI)

Saclay

Contact :

Ayoub Bounab

Jean-Luc SAUVAGEOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Ayoub Bounab
CEA - DRF/IRFU/DIS/LEI

0169082228

Directeur de thèse :

Jean-Luc SAUVAGEOT
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

0169088052

Le travail proposé dans le cadre de cette thèse portera sur le développement de système de mesure à 50mK avec les sensibilités requises par l’asservissement d’un « cryo-cooler » de type ADR. Il sera réalisé dans le cadre d’une collaboration française avec le service des basses températures (SBT du CEA à Grenoble) et le laboratoire C2N du CNRS.



Un premier axe consistera à définir et dimensionner une chaine de mesure complète en étudiant différentes options de sondes 50mK : détecteurs de type MIS, NTD Ge ou Oxyde du Ruthénium. L’impact de leurs électroniques de lecture associées, cryogénique ou classique, dans un contexte spatial sera étudié.

La réalisation de l’électronique cryogénique sera faite en collaboration avec les équipes C2N qui développent des transistors de type GaAS-GaAlAs HEMTs capables de fonctionner à très basse températures (testés à 1K) avec des performances en bruit inégalées. Cette partie de thèse comportera un travail important de définition d’une architecture électronique à base de transistor HEMT capable de répondre aux contraintes de la spatialisation : environnement radiation, consommation électrique et dissipation.



Un deuxième axe de travail, plus prospectif, consistera à coupler le thermomètre qui aura les meilleures performances (défini durant la première phase) à des matériaux à haute capacité calorifique dans la gamme de température considérée. Les qualités du lissage apporté par ce couplage dépendront de la vitesse à laquelle le thermomètre (et/ou le cryogénérateur) sera utilisé. Une fois découplé des fluctuations thermiques, le filtrage des perturbations électriques permettra d'atteindre des sensibilités inégalées. Les tests de validation de l’ensemble de la chaine thermométrique seront réalisés dans un premier temps dans un cryostat à dilution situé au DAP puis validés sur un « cryo-cooler » ADR au SBT.

Démélange spectral parcimonieux par fusion de données spatiale et/ou temporelle pour la détection rapide d’événements radiologiques par spectrométrie gamma

SL-DRF-20-1012

Domaine de recherche : Mathématiques - Analyse numérique - Simulation
Laboratoire d'accueil :

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Laboratoire de cosmologie et statistiques (LCS)

Saclay

Contact :

Jérôme Bobin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Jérôme Bobin
CEA - DRF/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Directeur de thèse :

Jérôme Bobin
CEA - DRF/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

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

Labo : http://www.cosmostat.org

L’objectif général de la thèse proposée est le développement de nouveaux algorithmes pour l’analyse de données en spectrométrie gamma permettant le traitement conjoint de données multiples, en prenant en compte à la fois une information spatiale et une information temporelle.

A cette fin, la thèse se déroulera suivant les trois étapes suivantes :

· Analyse conjointe de données spectrométriques de mesures faites sur différentes stations de prélèvement d’aérosols réparties en France, en utilisant une modélisation de parcimonie jointe entre les spectres à analyser afin de prendre en compte les corrélations entre les mesures. Ces développements seront testés sur les mesures réalisées lors d’événements à l'échelle européenne de détection anormales de radionucléides dans l’air (I-131, Ru-106, Se-75…)

· Fusion temporelle : traitement conjoint de données spectrométriques successives permettant d’utiliser les connaissances a priori des décroissances des radionucléides. La méthode précédemment développée sera étendue au cas du démélange avec signatures en énergie et temps afin de permettre la détection précoce d’anomalie sur des mesures en continu. Cette approche sera testée sur des mesures en continu des filtres de prélèvements d’aérosols collectés à Orsay.

· Fusion spatiale et temporelle : traitement joint de données spectrométriques in situ en continu. Dans ce cas, une approche fondée sur l’apprentissage statistique, en particulier via l’utilisation de réseaux récurrents (reproduisant le processus d’inversion des algorithmes d'optimisation classiques afin d’apprendre le terme de régularisation à partir d'un training set de données) sera mise en œuvre pour capturer les dépendances temporelles du bruit de fond.
Modélisation et tests d'une source compacte de neutrons basée sur l'accélérateur IPHI

SL-DRF-20-0717

Domaine de recherche : Neutronique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Loïc THULLIEZ

Antoine DROUART

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Loïc THULLIEZ
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169087453

Directeur de thèse :

Antoine DROUART
CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 73 52

Les faisceaux de neutrons sont utilisés pour de nombreuses applications en science des matériaux, en ingénierie, en archéologie ou dans l’étude d’œuvres d’art, domaines pour lesquels ils sont complémentaires à d’autres analyses non-destructives, comme la radiographie X. Ces faisceaux sont traditionnellement fournis par des réacteurs nucléaires de recherche et des sources de spallation. Le choix de la source dépend des caractéristiques du faisceau de neutrons voulues (spectre en énergie, fréquence des pulses de neutrons, etc). Aujourd’hui une grande partie des réacteurs arrivent en fin de vie Ainsi le réacteur de recherche Orphée a-t-il fermé en octobre 2019. Pour pallier à la diminution du temps de faisceau de neutrons disponible (limitant le nombre d’expériences pouvant être réalisées), de nouvelles sources alternatives sont en cours de développement. Ces dernières, appelées CANS (Compact Accelerator Neutron Sources) produisent des neutrons lors de réactions nucléaires de particules chargées (proton, deutons) sur une cible, dont le matériau dépend du type et de l’énergie des particules incidentes. Un CANS est en cours de développement au CEA-Saclay (des tests et des mesures sont en cours) auprès de l’installation IPHI-neutrons avec pour objectif à plus long terme de développer la source SONATE. IPHI-neutrons utilise des faisceaux de protons de haute intensité (>10mA) et basse énergie (3MeV) sur une cible de béryllium ou de lithium. Les neutrons produits à des énergies supérieures > 100 keV sont ensuite modérés pour atteindre des énergies inférieures à 50 meV. Ces nouvelles installations ont l’avantage d’être moins chères et plus souples que les réacteurs nucléaires. Toutefois, compte tenu de leur moindre puissance par rapport aux réacteurs, les flux de neutrons y sont moins importants. C’est pourquoi il est nécessaire d’optimiser au maximum ces installations et donc d’être capable de modéliser leur fonctionnement, depuis la production des neutrons primaires jusqu’à leur utilisation finale.

Ce sujet de thèse propose de réaliser une simulation intégrale d’un CANS, dans le cadre du projet de développement IPHI-neutrons. Cette simulation intégrera la production des neutrons primaires dans la cible, la propagation de ces neutrons et leur ralentissement par un modérateur froid ainsi que leur transport jusqu’au point de mesure par un collimateur optimisé, permettant de réduire le bruit de fond sur le dispositif expérimental. Enfin, on modélisera également l’utilisation du faisceau de neutrons pour une application de radiographie. Ces simulations s’appuieront sur des tests et des mesures réalisés sur l’installation IPHI-neutrons. Ces dernières viseront à caractériser le faisceau de neutrons (énergie, distribution spatiale, flux) ainsi que du bruit de fond gammas au point de détection. L’étudiant participera activement à l’installation des équipements, aux tests et à l’analyse des données.

Cette thèse est financée en interne par le CEA.
Développement de spectro-imageurs X durs à haute densité de pixels pour l’imagerie directe de sources astrophysiques et d'éruptions solaires au-delà de 30 keV

SL-DRF-20-0634

Domaine de recherche : Photonique, imageurs et écrans
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LSIS)

Saclay

Contact :

Aline Meuris

Olivier LIMOUSIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Aline Meuris
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSAS

01 69 08 12 73

Directeur de thèse :

Olivier LIMOUSIN
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

01 64 50 15 03

Des télescopes spatiaux focalisant des rayons X durs jusqu’à 100-200 keV apporteraient des réponses majeures pour la compréhension des phénomènes les plus violents et énergétiques de l’univers, dans les noyaux actifs de galaxie, les supernovae ou plus proche de nous dans les éruptions solaires. Des techniques de super-miroirs émergent dans cette perspective. En parallèle, il est nécessaire de mener des développements technologiques en rupture pour réaliser des grands plans focaux à haute densité de pixels efficaces jusqu’à 200 keV qui seront placés au foyer de ces systèmes optiques. Cette thèse d’instrumentation spatiale consiste à mettre en œuvre et à étudier des détecteurs hybrides innovants pour de la spectro-imagerie dans la bande [1-200 keV] à base de détecteurs semiconducteurs pixelisés au pas de 250 µm en tellurure de cadmium (CdTe) interconnectés point à point avec les chaînes de lecture spectroscopiques de circuits intégrés matriciels (ASIC) conçus par l’institut. Par des caractérisations expérimentales couplées à des méthodes d’analyses de données modernes, et des essais en accélérateurs couplés à des modélisations numériques, il s’agit pour le candidat de démontrer et d’optimiser la résolution spectrale, la résolution spatiale et la capacité de comptage de ses dispositifs inédits.
Extension des calculs ab initio en direction des noyaux lourds

SL-DRF-20-0439

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Vittorio SOMA

Thomas DUGUET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Vittorio SOMA
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

0169083236

Directeur de thèse :

Thomas DUGUET
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

0169082338

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

La description théorique des premiers principes, i.e. de manière dite ab initio, des noyaux atomiques contenant plus de 12 nucléons n'est devenue possible que récemment grâce aux développements cruciaux de la théorie à N corps et à la disponibilité d'ordinateurs hautes performances de plus en plus puissants. Ces techniques ab initio sont appliquées avec succès pour étudier la structure des noyaux, en partant des isotopes les plus légers et pour atteindre aujourd’hui les noyaux de masse moyenne contenant jusqu’à environ 80 nucléons. L'extension à des systèmes encore plus lourds nécessite des avancées décisives du point de vue du cout de stockage et du temps de calcul induits par les méthodes à N corps disponibles. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est de formuler et d'appliquer la technique de troncation par importance dans le cadre des calculs de fonction de Green-Gorkov auto-cohérentes, une technique ab initio spécifique mise au point au CEA Saclay au cours des 9 dernières années, comme moyen de sélectionner a priori et systématiquement les états de base à N corps contribuant de manière significative aux corrélations. Le travail proposé exploitera les dernières avancées en théorie nucléaire, y compris l'utilisation des potentiels nucléaires issus de la théorie effective des champs chirale et des techniques du groupe de renormalisation, ainsi que des ressources et des codes de calcul haute performance.
CIBLE INTENSE DE POSITRONIUM POUR LA PRODUCTION D'ANTIHYDROGENE DANS L'EXPERIENCE GBAR

SL-DRF-20-0473

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Antimatière et gravitation (GAG)

Saclay

Contact :

Patrice PEREZ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Patrice PEREZ
CEA - DRF/IRFU/DPhP/GAG

0169083583

Directeur de thèse :

Patrice PEREZ
CEA - DRF/IRFU/DPhP/GAG

0169083583

Description et problématique

Cette thèse se place dans le cadre de l’expérience GBAR au CERN dont l’objectif est de mesurer l’accélération de la pesanteur sur l’antihydrogène. La spécificité de l’expérience est d’utiliser des ions antihydrogène positifs pour produire des atomes d’antihydrogène ultra-froids, permettant une mesure précise de leur chute libre. Pour produire les ions antihydrogène, il faut faire interagir des antiprotons (p) sur un nuage de positronium (Ps), état lié d’un électron et d’un positron. Deux réactions successives sont utilisées :

p +Ps* -> H* + e- et H + Ps -> H+ + e- .



La quantité d'anti-atomes et d'anti-ions produits dépend non seulement du flux d'antiprotons, mais aussi de la densité de la cible de positronium. En particulier la quantité d'anti-ions produits via la deuxième réaction est proportionnelle au carré de la densité de Ps. Le positronium est produit par implantation de positrons dans une silice nanoporeuse en quantité proportionnelle au flux de positrons. Le flux de positrons actuellement obtenu est d'environ 5 x 1E8 en 10 minutes, représentant déjà une amélioration d'un facteur 10 sur le record mondial.

L’objet de la thèse est de gagner jusqu'à un autre facteur 100 sur ce flux et mesurer la densité de la cible de positronium correspondante afin de mesurer la section efficace de la première réaction.



Groupe/labo/encadrement

L’équipe d’accueil comprend six physiciens dont le porte-parole de la collaboration, et un étudiant en thèse. GBAR est une collaboration internationale rassemblant une cinquantaine de physiciens de dix-huit laboratoires.



Travail proposé

D'importants facteurs peuvent être gagnés dans l'accumulation des positrons dans les pièges de Penning-Malmberg. La technique à mettre en œuvre prendra en compte le fait que le faisceau initial de positrons dans GBAR est pulsé, et se passera du gaz tampon utilisé dans le premier piège. La mesure de la densité de la cible de Ps pourra se faire soit en utilisant des détecteurs de gammas, soit en caractérisant cette cible avec le faisceau laser d'excitation du Ps. La mesure de la section efficace fera suite à une thèse durant laquelle le signal et les bruits de fond ont été étudiés par simulation. Le redémarrage du faisceau d'antiprotons est prévu pour mi 2021 pour des périodes d'environ six mois par an. Pendant les périodes sans antiprotons, un faisceau de protons permettra d'étudier la réaction symétrique produisant de l'hydrogène. Ce travail couvrira l'optimisation du piégeage, la compréhension des détecteurs, du laser d'excitation, ainsi que des calculs de simulation de l’expérience, estimation des efficacités, des bruits de fond, calcul des sections efficaces et comparaison avec les prédictions théoriques. Les résultats seront présentés en conférence et publiés.

Formation et compétences requises

L’étudiant doit avoir une formation en physique corpusculaire expérimentale. Il devra acquérir des compétences en programmation et en instrumentation, et saura travailler en équipe.

Compétences acquises

À l’issue de la thèse, l’étudiant aura acquis des connaissances en physique fondamentale (physique des particules et physique atomique), en instrumentation (techniques d’ultra-vide, détecteurs de traces, lasers, électronique) et en programmation. Il aura travaillé dans un milieu international très compétitif.

Collaborations/Partenariats

La réalisation de l’expérience est conduite comme un projet international. Le travail sera effectué au CERN.

Contacts

Scientifique :

P. Pérez (direction de la thèse), L. Liszkay (responsable de la production des positrons et du positronium), D. van der Werf (responsable du piégeage).

Détecteur temps de vol pour l'imagerie TEP haute resolution spatiale

SL-DRF-20-0397

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Santé et Energie (GSE)

Saclay

Contact :

Dominique YVON

Viatcheslav SHARYY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Dominique YVON
CEA - DRF/IRFU/DPHP

01 6908 3625

Directeur de thèse :

Viatcheslav SHARYY
CEA - DRF/IRFU/DPHP/DO

0169086129

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/dominique.yvon/

Labo : http://irfu.cea.fr/Spp/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3937

In this thesis we propose to contribute to an ambitious detector based on Cherenkov/Scintillating crystals. We have selected technologies that are particularly effective for PET imaging. The principles of the detector are patented. They will allow one to produce neurological PET with highly improved performances. The device uses advanced particles detector technologies: a dense scintillator crystal, micro-channel plate photomultipliers, gigahertz bandwidth amplifiers and fast data acquisition modules (WaveCatcher, SAMPIC). Data processing will involve Monté-Carlo simulations and data analysis based on GATE/Geant4 and Root C++ software libraries.



Context:

Positron emission tomography (PET) is a nuclear imaging technique widely used in oncology and neurobiological research. Decay of the radioactive tracer emits positrons, which annihilate in the nearby tissue. Two gamma quanta of 511 keV energy are produced by positron annihilation and allow one to reconstruct the annihilation vertex and distribution of the tracer activity in the body of the patient.

The precise determination of the position of the positron annihilation vertex is important for an accurate image reconstruction with a good contrast. In particular, it is useful for neuroimaging studies of brain and for pre-clinical studies with animal models (rodents).



Supervision:

You will calibrate and optimize the detector prototypes and analyze the measured data. Your will be focussing on detector time and spatial resolution optimization. This will involve many skills of an instrument scientist : fast photo-detection, fast electronics read-out (analog and digital) with picosecond precision, hardware and detector simulations with GEANT4 and GATE software.



Requirements:

Knowledge in physics of particle interaction with matter, radioactivity and particle detector principles, a vocation for instrumental (hardware) work, data analysis are mandatory. Being comfortable in programming, having a background in Gate/Geant4 simulation and C++ will be an asset.



Acquired skills:

You will acquire skills in particle detector instrumentation, simulation of ionizing radiation detectors, photo-detection, implementation, operation of fast digitizing electronics, and data analysis.



Contacts:

Dominique Yvon : dominique.yvon@cea.fr

Viatcheslav Sharyy : viatcheslav.sharyy@cea.fr

Etude des performances du détecteur proche de l'expérience T2K et mesure de la violation de CP dans les oscillations des neutrinos

SL-DRF-20-0326

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Neutrinos Accélérateurs (GNA)

Saclay

Contact :

Samira Hassani

Sandrine EMERY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Samira Hassani
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169087226

Directeur de thèse :

Sandrine EMERY
CEA - DSM/IRFU/SPP/TK2

0169081461

La découverte de la masse non nulle des neutrinos a ouvert une fenêtre sur une nouvelle physique au-delà du modèle standard. L'étude des oscillations de neutrinos est aujourd’hui un secteur très prometteur pour la recherche de nouveaux phénomènes inattendus. En particulier, l'analyse des oscillations des neutrinos et des anti-neutrinos auprès des expériences T2K et NOVA a fourni les premières indications sur la violation de CP dans le secteur leptonique. Si une violation de la symétrie CP pouvait être observée dans les neutrinos, ce serait une découverte majeure qui pourrait contribuer à résoudre l'une des questions les plus fondamentales à laquelle la physique s’attache à répondre qui est la prédominance de la matière sur l’antimatière dans l’Univers.



Les expériences T2HK et DUNE de longue ligne de base permettront de mesurer les oscillations des neutrinos avec de grands lots de données, et de réduire ainsi les incertitudes statistiques. Cela nécessitera donc un contrôle des incertitudes systématiques à un niveau de 1 à 2%. Les incertitudes les plus complexes étant la modélisation du flux des neutrinos et des interactions neutrino-noyau. Ainsi, le rôle des détecteurs proches et les mesures de la section efficace neutrino-noyau deviennent cruciaux. L'expérience T2K ouvre la voie à la prochaine génération d’expériences en améliorant la compréhension des incertitudes systématiques et en utilisant de nouvelles techniques sophistiquées de détection et d'analyse. L’objectif final est la découverte de la violation de CP dans le secteur leptonique, l’identification définitive de l’ordre des masses des neutrinos par les effets de matière et la mesure précise des paramètres d’oscillation dits « atmosphérique ».



La collaboration T2K prépare une mise à niveau du détecteur proche (ND280) qui sera installé en 2021, afin d'améliorer les performances du détecteur proche actuel. Ceci permettra de mesurer le taux d'interaction des neutrinos et par conséquent permettra de contraindre les sections efficaces d'interaction de neutrinos à Super-Kamiokande (le détecteur éloigné de T2K). L’incertitude systématique associée devrait être ramenée à environ 4% (contre environ 8% à ce jour). Cela améliorera la portée physique du projet T2K, permettant une exclusion à 3 sigma de la conservation du CP.



La mise à niveau du détecteur ND280 consiste à ajouter un détecteur à scintillation très granulaire, le Super-FGD, pris en sandwich entre deux détecteurs de type Time Projection Chamber (TPC) à grand angle. Les nouvelles TPC seront lues par des détecteurs Micromegas résistifs et instrumentées avec une cage de champ compacte et légère. Le SuperFGD permettra un seuil beaucoup plus bas pour la reconstruction des particules (notamment pour les protons) et, pour la première fois à T2K, la mesure des neutrons. La TPC mesurera la charge, la quantité de mouvement et les directions des traces produites par des particules chargées et fournira une identification des particules par la mesure de dE/dx avec une excellente efficacité et précision. Les détecteurs prototypes des nouvelles TPC ont été testés avec succès en 2018 et 2019 au CERN et à DESY lors des campagnes de tests en faisceaux validant ainsi les technologies de détection et leurs performances.



Le groupe de l’IRFU est fortement impliqué dans le projet TPC, notamment dans la production et les tests de détecteurs Micromegas. La première partie de la thèse sera consacrée aux analyses des données des tests de TPC. L'étudiant participera à la prise de données des tests en faisceaux prévue en octobre 2020 à DESY ainsi qu’à l'analyse de ces données. Les travaux porteront sur la caractérisation de la résistivité du Micromegas et la résolution spatiale et énergétique (dE/dx) qui en découlent. Le groupe de l’IRFU développe actuellement un modèle quantitatif pour estimer la résistivité des modules de TPC qui sera inclus dans la simulation. Un algorithme de reconstruction précis sera mis au point, basé sur l’approche appelée « Pad Response Function ». Ce sera la première mesure détaillée de la résistivité, de l’uniformité et de la résolution correspondante des MicroMegas résistifs dans un détecteur complet à grandes surfaces et aura par conséquent un impact important sur la validation de cette technologie en vue de son développement ultérieur.

La construction du détecteur pour la mise à niveau du détecteur ND280 sera achevée en 2019-2020, pour une installation au Japon prévue en 2021. L'étudiant contribuera également à l'installation et à la mise en service du détecteur ND280.



La deuxième partie de la thèse sera consacrée à l'analyse des données de T2K issues des faisceaux des neutrinos, recueillies avec le détecteur amélioré ND280, afin d'extraire une nouvelle mesure, la plus précise possible, des oscillations de neutrinos. Grâce à l'augmentation de la statistique des données et au contrôle amélioré des incertitudes systématiques avec la mise à niveau du ND280, le projet a le potentiel de réaliser les meilleures contraintes mondiales en matière de violation de CP dans le secteur leptonique. Les travaux porteront sur la définition du choix des nouveaux échantillons de données pour l’analyse, l'évaluation des incertitudes systématiques expérimentales correspondantes et la modification du cadre d'analyse pour l'ajustement des paramètres d'oscillation des neutrinos. L'extraction des contraintes du détecteur proche doit être profondément modifiée pour inclure les informations des protons et des neutrons détectés provenant des interactions du neutrino avec les noyaux ; ces protons et ces neutrons ne sont pas pris actuellement en compte dans l’analyse. Parallèlement, les incertitudes systématiques théoriques devront être réévaluées sur la base des nouveaux modèles exclusifs d'interactions neutrino-noyau.

La nature du neutrino à travers l’étude des désintégrations double-bêta du Xénon 136 avec l’expérience PandaX-III

SL-DRF-20-0284

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

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire structure du nucléon (LSN) (LSN)

Saclay

Contact :

Damien NEYRET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Damien NEYRET
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LSN

01 69 08 75 52

Directeur de thèse :

Damien NEYRET
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LSN

01 69 08 75 52

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

Voir aussi : https://pandax.sjtu.edu.cn/

Le neutrino, seule particule de matière (fermionique) de charge électrique nulle, pourrait être une particule de Majorana, c’est-à-dire identique à son antiparticule. Un phénomène naturel nouveau devrait alors apparaître pour quelques rares noyaux atomiques: 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 PandaX-III consiste à mesurer la cinématique d’événements rares 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 avec neutrinos, contamination d’autres noyaux radioactifs, rayons cosmiques). Pour détecter et mesurer ces événements rares, l’expérience PandaX-III propose d’installer des chambres à projection temporelle (Time Projection Chamber, TPC) remplies de Xénon 136 gazeux, avec un étage de détection constitué de détecteurs gazeux à micro-structure Micromegas de type Microbulk. La TPC devra fonctionner sous une pression pouvant aller jusqu’à 10 bar. Cette expérience prendra place dans le laboratoire souterrain de Jinping (province du Sichuan, Chine), qui possède un des plus faibles taux de rayons cosmiques résiduels au monde. Une excellente résolution en énergie, et une bonne reconstruction de la topologie des événements seront primordiales afin de séparer le signal des différents bruits de fond. Une excellente pureté radiologique du dispositif expérimental est nécessaire afin de limiter l’impact des bruits de fond gamma. Une première chambre TPC de 145kg de Xénon sera installée en 2020, pour arriver à une masse totale de 1 tonne avec 5 chambres TPC dans les années suivantes.



Au sein des équipes de l’IRFU le doctorant contribuera au développement des algorithmes de reconstruction des données, principalement en prenant en compte les imperfection des détecteurs (par exemple voies manquantes, inhomogénéité des performances, etc...) et en implémentant les méthodes de calibration et de correction des données nécessaires pour compenser ces imperfections. Ces compensations pourront être basées sur des interpolations des données manquantes, ainsi que sur des méthodes de correction de données par réseaux neuronaux. D’autre part, dès que les données du premier module seront disponibles le doctorant participera au sein de la collaboration aux différentes étapes d’analyse de ces données et à l’extraction des résultats. Il participera en parallèle à la R&D menée sur plusieurs types de détecteurs Micromegas pour atteindre une résolution en énergie de 1% à 2,5 MeV. Cela inclura le suivi et l’évaluation des performances des différents prototypes et de leur électronique, et plus particulièrement leurs résolutions spatiale et en énergie. 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.

Mesure de la luminosité du LHC avec le calorimètre à argon liquide d’ATLAS et recherche de particules lourdes à longue durée de vie

SL-DRF-20-0331

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Philippe Schwemling

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

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

Si la découverte du boson de Higgs intervenue au LHC en 2012 est un éclatant succès pour le Modèle Standard de la physique des particules, elle n’apporte aucune réponse à de nombreuses questions toujours ouvertes dans le domaine de la cosmologie et la physique des particules. Parmi celles-ci, on peut mentionner la nature de la matière et de l’énergie noire, l’origine du potentiel de Higgs et le fait que le Modèle Standard n’explique pas de manière satisfaisante les très petites masses des neutrinos. Les solutions naturelles à ces questions pourraient provenir de l’existence de nouveaux types d’interactions et de nouvelles particules.

C’est pourquoi depuis la découverte du boson de Higgs, les efforts sont focalisés sur la recherche de phénomènes nouveaux, au-delà du Modèle Standard. Un des aspects importants dans la comparaison entre les observations et la théorie est d’être capable de normaliser aussi précisément que possible les observations par rapport à la théorie, donc de mesurer aussi précisément que possible la luminosité de l’accélérateur. L’objectif est d’atteindre une précision meilleure que 1% au cours des prochaines années, ce qui est un facteur deux à trois meilleur que la précision atteinte actuellement.



Les expériences LHC disposent de plusieurs techniques et de sous-détecteurs spécialisés pour mesurer la luminosité. Toutefois, ces techniques sont entachées de divers problèmes de stabilité et de linéarité, qui en compliquent l’exploitation.

Lors du redémarrage du LHC début 2021, il est prévu d’accroître la luminosité de la machine d’un facteur deux environ. Pour exploiter au mieux cette augmentation de luminosité, le système de déclenchement du calorimètre a été largement revu. Il sera basé sur l’analyse en temps réel des signaux numérisés à la volée, par des batteries de composants programmables. L’Irfu contribue largement à la conception et à la production des éléments nécessaires, étant parmi les concepteurs de la carte de numérisation (LTDB, LAr Trigger Digitizing Board).

Une caractéristique importante de ce nouveau système de déclenchement est sa capacité à mesurer pour chaque collision entre deux paquets de protons l’énergie totale déposée dans le calorimètre. Combiné à la stabilité, l’excellente linéarité et à l’uniformité de réponse du calorimètre à argon liquide d’ATLAS, le nouveau système de déclenchement offre le potentiel d’une mesure de la luminosité avec d’excellentes caractéristiques en termes de linéarité et de stabilité. Des études préliminaires menées sur un prototype de la chaîne de déclenchement montrent que la précision de 1% devrait être atteignable.



Une autre caractéristique du système de déclenchement est sa capacité unique à garder trace de l’historique des interactions dans le détecteur sur un temps nettement plus long que ce que peut faire le système de lecture central. Avec le système de lecture central, il n’est pas possible de conserver l’information sur plus de quatre ou cinq croisements de faisceaux consécutifs. Le système de déclenchement est quant à lui capable de conserver l’information sur plusieurs dizaines de croisements de faisceaux consécutifs, avec une granularité toutefois plus grossière que le système de lecture central des données. Ceci ouvre la possibilité de détecter des particules dont la désintégration survient longtemps (plusieurs dizaines ou centaines de ns, à comparer aux 25 ns entre deux croisements consécutifs) après leur création, donc lentes et très massives, presque jusqu’à la limite cinématique de 7 TeV, bien au-dessus de la limite atteignable par des techniques de recherche plus classiques. De telles particules apparaissent dans de nombreuses classes de modèles supersymétriques.

Mesure des propriétés du boson de Higgs dans le canal de désintégration en deux photons et calibration de la distribution d'horloge de précision dans le détecteur CMS

SL-DRF-20-0393

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Mehmet Ozgur SAHIN

Fabrice COUDERC

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Mehmet Ozgur SAHIN
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/STREAM

01 69 08 14 67

Directeur de thèse :

Fabrice COUDERC
CEA - DRF/IRFU/DPHP/CMS

01 69 08 86 83

Après l’observation du boson de Higgs par les expériences Atlas et CMS en 2012, les mesures de précision des propriétés de ce boson sont aujourd’hui un des enjeux majeurs de la physique des hautes énergies et du Large Hadron Collider (LHC). En effet, il s’agit de tester la compatibilité de ce boson avec celui attendu par le Modèle Standard (MS) de la physique des particules. Dans son canal de désintégration en deux photons (H -> GG), le boson de Higgs est entièrement reconstruit, le pic de masse correspondant pouvant être mesuré avec une très bonne résolution expérimentale. En conséquence, en dépit d’un taux d’embranchement très faible dans le MS, le canal H -> GG fut l’un des deux canaux ayant permis la découverte du boson de Higgs, le canal de désintégration en quatre leptons étant le second. Le sujet de thèse proposé a pour but de mesurer les différents couplages du boson de Higgs via l’utilisation de techniques d'intelligence artificielle dites methodes d'apprentissage profond (deep learning). Par l’utilisation d’un classificateur en multiples catégories, l’ensemble des informations disponibles dans l’analyse H-> GG seront prises en compte pour fournir la meilleure séparation possible entre les différents canaux de production du boson de Higgs ainsi qu’avec les différents bruit de fonds du MS. D’autre part, le LHC subira dans les prochaines années une jouvence permettant d’augmenter sa luminosité (High Luminosity LHC, HL-LHC) d’un facteur 10 environ. En contre partie, les conditions de prise de données seront beaucoup plus difficiles. En conséquence, le détecteur CMS sera également amélioré (jouvence Phase II) pour faire face à ces conditions. La possibilité d’associer à chaque objet reconstruit dans la collision un temps mesuré avec une grande précision constitue un des aspects les plus importants de cette jouvence, ce qui permettra en conséquence d’améliorer la qualité des différentes mesures réalisées dans le canal H-> GG. Le deuxième volet de la thèse s’articulera ainsi sur le timing de haute résolution envisagé par CMS, en particulier sur la surveillance et la calibration ultra rapide du système de distribution d’horloge.

Le candidat recruté pour la thèse aura l’opportunité d’explorer différentes améliorations de l’analyse H -> GG avec l’ensemble de la statistique du run2 collecté par le détecteur CMS (140/fb). Il développera également une analyse de ce canal pour le run3 basée sur les méthodes d’apprentissage profond les plus récentes et appliquera cette méthode aux données collectées entre 2021 et 2022 par CMS (environ 115/fb attendu). Enfin, Il participera à la jouvence du détecteur CMS, en effet le module permettant la surveillance et la calibration de la distribution d’horloge sera utilisé l’ensemble des détecteurs de timing ultra précis utilisés dans l’expérience CMS. Les deux aspects du programme de thèse, qui occuperont une part égale dans le développement de la thèse, fourniront au candidat une grande visibilité dans la collaboration CMS et plus généralement dans le domaine de la physique des hautes énergies.
Mesure du processus de diffusion cohérente des neutrinos sur noyaux auprès de réacteurs avec l'expérience NUCLEUS

SL-DRF-20-0407

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Sources et Réacteurs (GNSR)

Saclay

Contact :

Matthieu Vivier

Thierry Lasserre

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Matthieu Vivier
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Double Chooz

0169086626

Directeur de thèse :

Thierry Lasserre
CEA - DRF/IRFU/SPP

0169083649

Depuis la première détection du neutrino en 1956 sur la centrale de Savannah River aux USA, les réacteurs nucléaires jouent un rôle prépondérant dans l’étude de leurs propriétés. Les neutrinos sont des particules élémentaires de charge électrique nulle, et qui peuvent exister sous forme de trois saveurs, chacune associée à l’électron, au muon et à la particule tau. Les neutrinos possèdent notamment la propriété de pouvoir changer spontanément de saveur au cours de leur propagation. Ce phénomène, connu sous le nom d’oscillation des neutrinos, remet en cause le modèle standard de la physique des particules et appelle à de la nouvelle physique. La probabilité d’interaction des neutrinos avec la matière est si faible qu’il est souvent nécessaire de construire des détecteurs d’au moins plusieurs tonnes afin de les étudier. Cette thèse aborde une méthode novatrice de détection des antineutrinos de réacteurs utilisant le processus de diffusion cohérente des neutrinos sur noyaux (DCNN). Ce processus présente une section efficace 10 à 1000 fois plus grande que les canaux d’interaction habituellement utilisés pour détecter les antineutrinos de réacteur (désintégration beta inverse, diffusion neutrino-électron), et ouvre ainsi la voie à une miniaturisation des détecteurs. Outre cet aspect technologique, la DCNN est un processus sensible à un large spectre de physique au-delà du modèle standard (recherche de nouveaux types d’interaction, études des propriétés électromagnétiques du neutrino, recherche de nouveaux états stériles, etc.), apportant ainsi un nouveau regard sur la nature et les propriétés de cette particule.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’expérience NUCLEUS, qui a pour but de mesurer pour la première fois ce processus auprès d’un réacteur nucléaire sur la centrale nucléaire de Chooz dans les Ardennes. La signature expérimentale de la DCNN est un recul nucléaire de très basse énergie (<0.1-1 keV), rendant les technologies conventionnelles de détection des antineutrinos de réacteur inopérantes dans ce domaine en énergie. La collaboration NUCLEUS travaille ainsi à la conception d’un détecteur cryogénique de 10 grammes atteignant des seuils en énergie de l’ordre de 10 eV. Le travail proposé dans cette thèse a pour objectif la compréhension et la caractérisation des bruits de fond dans ce domaine en énergie qui reste encore largement inexploré. Ce travail constitue le défi majeur à relever pour garantir le succès de l’expérience, et mènera à la première détection de la DCNN sur un réacteur nucléaire.

En pratique, le (la) doctorant(e) contribuera au développement d’une chaine d’analyse de données pour exploiter les mesures de bruit de fond et les données d’étalonnage des détecteurs prises au cours des différentes étapes du projet (mesures sur un premier prototype de détecteur, mesures sur un montage à blanc complet de l’expérience puis mesures sur site à Chooz). Il (elle) s’appuiera sur un outil de simulation Monte Carlo développé par notre équipe, afin de confronter ses prédictions aux données expérimentales pour d’une part comprendre l’origine des bruits de fond dans la région d’intérêt du signal DCNN recherché, et d’autre part valider et qualifier les performances du détecteur. Une attention particulière sera portée au bruit de fond neutronique, ce dernier pouvant donner lieu à des reculs nucléaires en tout point similaires à ceux induits par la DCNN. L’étudiant(e) participera également au montage à blanc de l’expérience, à l’intégration de l’expérience sur site, suivi par la mise en service des détecteurs. Dans le cadre de ces activités, il (elle) pourra être amené à voyager régulièrement à Chooz ou à Munich.

A travers ce travail l’étudiant(e) aura une formation complète de physicien expérimentateur avec des aspects d’analyse de données, de simulation, de mise au point de détecteur et d’installation sur site. La thématique de la diffusion cohérente des neutrinos sur noyaux est très active dans la communauté, et lui offrira une grande visibilité ainsi que de nombreuses perspectives de recherche à l’issue de la thèse. L’étudiant(e) évoluera au sein du groupe « neutrinos de basse énergie » qui se partage entre le département de physique des particules et le département de physique nucléaire de l’Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers (Irfu) au CEA Paris-Saclay. L’équipe possède une expertise internationale reconnue en physique des antineutrinos de réacteur (expériences Double Chooz, Nucifer et STEREO) et en physique des neutrinos de basse énergie (expériences CUORE, CUPID et KATRIN). L’étudiant(e) bénéficiera également du caractère « transverse » du neutrino, et sera en interaction régulière avec les communautés de physique nucléaire, de physique des particules et de physique des réacteurs. Dans son travail quotidien, il (elle) interagira avec aussi avec les départements d’ingénierie de l’Irfu en charge de la conception et de la coordination technique de l’expérience. La collaboration NUCLEUS regroupant des partenaires en Allemagne, Italie et en Autriche, il (elle) sera aussi amené(e) à travailler en proche collaboration avec ces derniers.

PRODUCTION D’IONS ANTIHYDROGENE PAR REACTION SUR LE POSITRONIUM

SL-DRF-20-0474

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Antimatière et gravitation (GAG)

Saclay

Contact :

Pascal DEBU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Pascal DEBU
CEA - DRF

0169081399

Directeur de thèse :

Pascal DEBU
CEA - DRF

0169081399

Description et problématique

Cette thèse se place dans le cadre de l’expérience GBAR au CERN dont l’objectif est de mesurer l’accélération de la pesanteur sur l’antihydrogène. La spécificité de l’expérience est d’utiliser des ions antihydrogène positifs pour produire des atomes d’antihydrogène ultra-froids, permettant une mesure précise de leur chute libre. Pour produire les ions antihydrogène, il faut faire interagir des antiprotons ( p ) sur un nuage de positronium (Ps), état lié d’un électron et d’un positron. Deux réactions successives sont utilisées :



p + Ps -> H + e- et H + Ps -> H+ + e- .



Seule la contrepartie matière de la première réaction, p + Ps -> H + e+ , a été observée avec 211 événements. Il n’existe donc que des estimations théoriques du taux de production d’ions antihydrogène pour l’expérience. Ces estimations sont entachées de grandes incertitudes, s’agissant d’interactions à trois et quatre corps à basse énergie.

Le premier objectif de la thèse est de fabriquer et utiliser un faisceau d'atomes d'hydrogène afin de mesurer la section efficace de la 2ème réaction où les antihydrogènes incidents sont remplacés par ces atomes d'hydrogène. Ces mesures permettront de valider les calculs théoriques et d’optimiser les conditions expérimentales pour GBAR (énergie incidente, niveau d'excitation du Ps) avec de hautes statistiques. Le deuxième objectif est de réaliser ces mesures avec les atomes d'antihydrogène, avec beaucoup moins de statistique, mais avec pour but la production pour la première fois d'anti ions H + .



Groupe/labo/encadrement

L’équipe d’accueil comprend six physiciens dont le porte-parole de la collaboration, et un étudiant en thèse. GBAR est une collaboration internationale rassemblant une cinquantaine de physiciens de dix-huit laboratoires.

Travail proposé

Au démarrage de la thèse, l’expérience sera en fin d’installation au CERN. L’étudiant participera aux mesures avec le faisceau d'hydrogène (octobre 2020 - mi 2021). Ce travail couvrira la compréhension des détecteurs ainsi que des calculs de simulation de l’expérience, estimation des efficacités, des bruits de fond, calcul des sections efficaces et comparaison avec les prédictions théoriques. Les mesures systématiques avec les antiprotons démarreront à partir du deuxième semestre 2021 quand le faisceau d’antiprotons sera opérationnel. Les résultats seront présentés en conférence et publiés.

Formation et compétences requises

L’étudiant doit avoir une formation en physique corpusculaire expérimentale. Il devra acquérir des compétences en programmation et en instrumentation, et saura travailler en équipe.

Compétences acquises

À l’issue de la thèse, l’étudiant aura acquis des connaissances en physique fondamentale (physique des particules et physique atomique), en instrumentation (techniques d’ultra-vide, détecteurs de traces, lasers, électronique) et en programmation. Il aura travaillé dans un milieu international très compétitif.

Collaborations/Partenariats

La réalisation de l’expérience est conduite comme un projet international. Une grande partie du travail sera effectué au CERN.

Contacts

Scientifique :

P. Debu (direction de la thèse), L. Liszkay (responsable de la production des positrons et du positronium), P. Pérez (porte-parole de l’expérience).

Reconstruction et analyse d'événements de l'experience CMS avec intelligence artificielle

SL-DRF-20-0391

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Bruno LENZI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Bruno LENZI
CEA - DRF/IRFU/DPHP/CMS


Directeur de thèse :

Bruno LENZI
CEA - DRF/IRFU/DPHP/CMS


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

Les développements récents dans les systèmes informatiques et les algorithmes de "deep-learning", associés à des grands lots de données, ont conduit à des progrès impressionnants en matière d'intelligence artificielle. Le traitement d'images avec les techniques de "computer vision", en particulier, ont émergé comme un champs de recherche dynamique avec plusieurs applications.



Même s'ils ont été marginalement étudiés dans le cadre des collisions de particules à hautes énergies, les algorithmes de "deep-learning" ont démontré la capacité de classifier les particules et les événements, estimer la valeur de variables cinématiques et détecter des anomalies. Cela sera extrêmement utile dans l'analyse des énormes quantités de données attendues lors des prochaines phases d'opération du Grand Collisioneur d'Hadrons (LHC en anglais) au CERN. L'expérience CMS sera considérablement améliorée pour gérer l'augmentation du nombre de collisions par faisceaux du LHC ("pileup"), avec des détecteurs plus finement segmentés et des mesures précises des temps des collisions. L'exploration de ces données dépendra de la rapidité, de la robustesse et de l'adaptabilité de la reconstruction et de l'analyse des événements.



Le sujet de thèse proposé est inséré dans le cadre du développement d'algorithmes sophistiqués de "machine learning" pour l'identification des particules, la suppression du pileup (empilement) and finalement la classification des événements appliquée à la mesure des propriétés du boson de Higgs. Le candidat contribuera à ces études et participera au développement et aux tests de l'électronique qui permettra aux divers sous-systèmes du détecteur CMS de mesurer précisément le temps des collisions.
Techniques d'intelligence artificielle avancées pour le sélecteur d'événements du détecteur CMS

SL-DRF-20-1004

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

Département d’Electronique, des Détecteurs et d’Informatique pour la physique (DEDIP)

Systèmes Temps Réel, Electronique d’Acquisition et Microélectronique (STREAM)

Saclay

Contact :

Mehmet Ozgur SAHIN

Fabrice COUDERC

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Mehmet Ozgur SAHIN
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/STREAM

01 69 08 14 67

Directeur de thèse :

Fabrice COUDERC
CEA - DRF/IRFU/DPHP/CMS

01 69 08 86 83

Après une campagne de prise de données couronnée par la découverte du boson de Higgs, le Large Hadron Collider (LHC) du CERN sera l'objet d'une jouvence lui permettant d'atteindre des taux de collisions 10 fois supérieurs aux taux actuels. Le détecteur CMS sera en conséquence amélioré pour faire face à ces conditions de détections extrêmes et optimiser la reconstruction des événements, en particulier grâce à l'adjonction de calorimètres avant de haute granularité. Filtrer, enregistrer puis analyser les données issues de ces détecteurs constituera un défi d'envergure. Afin de tirer le meilleur parti des nouveaux détecteurs, les techniques modernes d'intelligence artificielle seront essentielles. Nous recherchons un étudiant enthousiaste qui étudiera les différentes approches possibles en matière d'apprentissage automatique pouvant être mises en oeuvre par l'intermédiaire de puces FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) et ainsi permettre une reconstruction et un filtrage ultra-rapide de cet immense flot de données.
Vers des mesures de précision des oscillations des neutrinos dans les futures expériences à longues bases de vol

SL-DRF-20-0424

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

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire etudes et applications des reactions nucleaires (LEARN) (LEARN)

Saclay

Contact :

Alain LETOURNEAU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Alain LETOURNEAU
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

33 (0)1 69 08 76 01

Directeur de thèse :

Alain LETOURNEAU
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

33 (0)1 69 08 76 01

Le neutrino est, à l’heure actuelle, la seule particule du modèle standard dont la description ne soit pas entièrement contenue dans celui-ci. Son étude ouvre donc la voie à l’exploration d’une nouvelle physique et à adresser des questions très fondamentales comme la prépondérance de la matière sur l’antimatière dans l’univers. Les futures expériences de neutrinos produits par accélérateur (DUNE et T2HK) vont mesurer ses propriétés d’oscillation avec une précision sans précédent, ce qui nécessitera une grande maîtrise des incertitudes au niveau du pourcent.

Une des incertitudes dominantes aujourd’hui est celle associée à la modélisation de l’interaction des neutrinos dans le détecteur. Une diminution de celle-ci impliquerait immédiatement un accroissement de la sensibilité de ces expériences.

Dans ce travail de thèse, nous proposons d’améliorer la description de l’interaction neutrino-noyau, notamment la modélisation de l’état final de l’interaction, et d’évaluer son impact sur la sensibilité des expériences actuelles et futures. Le travail s’appuiera sur l’utilisation et le développement d’un code de cascade nucléaire couplé à des résultats de mesures. Les résultats, couplés à une amélioration du détecteur proche, pourront être utilisés dans l'expérience T2K en cours pour améliorer la mesure des oscillations des neutrinos. Ce travail servira également à définir les caractéristiques d’un détecteur proche pour DUNE dont certains composants seront testés et validés à l’IRFU.
Antimatière, hypernoyaux : utilité de connaître l’interaction antiproton-noyau

SL-DRF-20-0229

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire etudes et applications des reactions nucleaires (LEARN) (LEARN)

Saclay

Contact :

Jean-Christophe DAVID

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Jean-Christophe DAVID
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169087277

Directeur de thèse :

Jean-Christophe DAVID
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169087277

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2105

Les réactions antiproton-noyau ont lieu aussi bien à l’arrêt qu’en vol. Les réactions à l’arrêt ou quasiment (~100 eV - 1 keV) sont notamment utilisés à l’Antiproton Decelerator (AD) au Cern par différentes expériences (GBAR, ASACUSA, AEgIS, ALPHA, ATRAP). À FAIR, le projet PANDA (antiProton ANnihilation at DArmstadt) vise, entre autre, l’étude des hypernoyaux avec des réactions en vol (~GeV). Dans les deux cas des simulations fiables des réactions sont nécessaires pour une bonne analyse des résultats. C’est sur ce point que nous proposons d’apporter notre pierre.



Le code de calcul INCL (IntraNuclear Cascade Liège) développé au CEA (Irfu/DPhN) traite les réactions hadron-noyau pour des énergies allant jusqu’à 20 GeV. Reconnu pour sa fiabilité, il a récemment été étendu à la production de particules étranges et d’hypernoyaux (avec l’aide du code de désexcitation ABLA), et est utilisable aussi au sein du code de transport Geant4. L’extension aux réactions antiproton-noyau permettra donc de participer aux études sur les hypernoyaux de PANDA, avec une première étape de tests sur des données déjà disponibles (obtenues au LEAR), ainsi qu’aux expériences de l’Antiproton Decelerator où l’on étudie le comportement des atomes anti-hydrogène.



De plus, INCL est capable de traiter les réactions noyau-noyau lorsque l’un des noyaux est léger (A <= 18). Ceci pourrait aussi être utilisé pour traiter par extension les réactions avec des anti-deutons et anti-héliums. L’expérience GAPS (General AntiParticle Spectrometer) vise justement à mesurer les flux de ces particules dans le rayonnement cosmique. Des simulations sont évidemment nécessaires dans ce cas et INCL pourrait ainsi y contribuer.

Approches continues de QCD et structure 3D du nucleon

SL-DRF-20-0457

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire structure du nucléon (LSN) (LSN)

Saclay

Contact :

Cédric Mezrag

Hervé Moutarde

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Cédric Mezrag
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LSN


Directeur de thèse :

Hervé Moutarde
CEA - DRF/IRFU/SPhN/Théorie Hadronique

33 1 69 08 73 88

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=4189

La plupart de la masse visible de l'univers est contenue dans les nucléons. Cependant, l'origine de cette masse reste mystérieuse, la portion issue du mécanisme de Higgs dans les schémas de renormalisation standards ne correspondant qu'à quelques pourcents de la masse totale. La réponse est à chercher dans la dynamique de l'interaction forte, décrite par la théorie de la chromodynamique quantique (QCD) en termes de quarks et de gluons. Ainsi, l'interaction entre quarks et gluons est responsable de l'émergence des propriétés connues et mesurées des hadrons comme leur masse ou leur spin.

Il existe aujourd'hui une forte dynamique à la fois théorique et expérimentale pour chercher à déterminer la structure 3D des hadrons en terme de quarks et gluons. D'un point de vue théorique, les outils classiques de théorie quantique des champs, à savoir le développement perturbatif, ne permettent pas d'étudier les propriétés émergentes des hadrons. Ces dernières sont intrinsèquement non-perturbatives.

Le but de cette thèse est de développer et d'utiliser un formalisme non-perturbatif en partant des équations de Dyson-Schwinger et de Bethe-Salpeter pour déterminer la structure 3D des hadrons, en particulier du nucléon. On utilisera différentes hypothèses dynamiques, afin d'obtenir une cartographie 3D de la charge, de la masse et des effets de moment angulaire orbital. Une confrontation des résultats obtenus avec les données expérimentales sera menée de concert avec les autres membres de LSN.
Développement d'un détecteur Micromegas TPC pour des réactions induites par neutron

SL-DRF-20-1118

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire etudes et applications des reactions nucleaires (LEARN) (LEARN)

Saclay

Contact :

Eric BERTHOUMIEUX

Frank GUNSING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Eric BERTHOUMIEUX
CEA - DRF/IRFU/DPhN

01 69 08 75 84

Directeur de thèse :

Frank GUNSING
CEA - DRF/IRFU/DPhN

01 69 08 75 23

Les détecteurs gazeux à base de Micromegas sont utilisés dans plusieurs projets de physique nucléaire. Une de ces applications est en lien avec des faisceaux de neutrons pulsés, permettant d'utiliser la technique de temps de vol pour déterminer l'énergie du neutron. A l'aide d'une électrode avec une mince couche contenant un isotope à étudier, on détecte les particules chargées issues d'une réaction induite par neutrons. De cette façon il est possible de mesurer des probabilités de réaction. La faible probabilité d'interaction du faisceau avec les dépôts peut permettre de mettre plusieurs détecteurs en série pour faire des mesures relatives. En utilisant des pistes orthogonales pour le détecteur Micromegas, il est possible d'extraire les coïncidences et ainsi reconstruire l'image du faisceau incident, ce qui se fait en plus en fonction de l'énergie des neutrons. Une analyse plus approfondie permettra de reconstituer les traces depuis le point d'impact du neutron et ainsi de déterminer la distribution angulaire de la réaction étudiée. Le projet de thèse sera de développer une chambre de projection temporelle (TPC) Micromegas pour des mesures en combinaison avec temps-de-vol de neutrons, ayant une excellente résolution en position et en temps, et en intégrant l'électronique associée.
ETUDE DE L'EVOLUTION DE LA FORME QUANTIQUE DES NOYAUX EXOTIQUES

SL-DRF-20-0011

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Magdalena Zielinska

Wolfram KORTEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Magdalena Zielinska
CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 74 86

Directeur de thèse :

Wolfram KORTEN
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

+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 méthode 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 fin 2020. Le/la doctorant(e) participera activement à la préparation de l’expérience. Il serait donc souhaitable qu’il/elle commencera son travail déjà lors d’une stage M2. Il/elle sera responsable pour l’analyse des données et de la publication 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, États-Unis, où un séjour de 4-6 semaines pourra s’avérer nécessaire.
Effet de l'interaction neutron-proton sur l'état fondamental des isotopes de chlore riches en neutrons

SL-DRF-20-0472

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Alain GILLIBERT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Alain GILLIBERT
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

0169082584

Directeur de thèse :

Alain GILLIBERT
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

0169082584

En physique nucléaire, le noyau atomique est représenté en termes de couches d’énergie pour les protons et les neutrons, d'une manière formellement semblable à la physique atomique. Les noyaux résultent du remplissage successif des orbitales caractérisées par un moment angulaire, certains noyaux étant particulièrement stables (ou « magiques ») lorsque les couches majeures sont entièrement remplies avant le franchissement d’un gap en énergie. Ce modèle décrit globalement les noyaux les plus stables, mais permet également de représenter l’évolution des propriétés nucléaires en fonction de paramètres comme l’asymétrie proton/neutron. C’est ainsi qu’on peut observer une évolution des orbitales et des nombres magiques associés lorsqu’on considère des noyaux de plus en plus riches en neutrons (noyaux dits « exotiques ») loin de la vallée de la stabilité. Dans le cas des isotopes de calcium avec un nombre magique de protons Z=20, la position relative des orbitales de protons 0d3/2 et 1s1/2 évoluent depuis 40Ca (N=20) jusqu’à 48Ca (N=28) sous l’influence du remplissage de l’orbitale de neutrons 0f7/2 et de l’interaction neutron-proton dans le noyau [1]. Cela est observé expérimentalement lors de la mesure des énergies et spins des états fondamentaux et excités des isotopes de potassium Z=19 qui peuvent être décrits comme des isotopes de calcium avec un trou de proton dans la couche de valence. Nous proposons dans cette thèse de déterminer cette spectroscopie de basse énergie et l’évolution des orbitales 0d3/2 et 1s1/2 pour les isotopes de chlore Z=17 et un proton de valence.

Cette étude sera effectuée à partir d’une expérience à réaliser en 2020 auprès de l’accélérateur RIBF à Tokyo. Un faisceau secondaire de noyaux exotiques comprenant les isotopes 46,48Ar sera produit à partir du faisceau primaire 70Zn à 345 MeV/u par fragmentation du projectile. La spectroscopie de basse énergie sera étudiée grâce à la réaction d’arrachage d’un proton en cinématique inverse 46,48Ar(p,2p)45,47Cl et une cible d’hydrogène cryogénique d’hydrogène liquide épaisse entourée d’un trajectrographe (dispositif MINOS) pour reconstituer le vertex de la réaction à l’intérieur de la cible [2]. Les photons de 45,47Cl émis en vol au niveau de la cible seront détectés avec un ensemble de détecteurs Ge de haute résolution HiCARI, installé spécialement pour cette campagne de mesures en 2020. Enfin, on mesurera la distribution en moment des fragments 45,47Cl qui permettra de caractériser le moment angulaire (onde s ou d) du proton arraché pour déterminer le spin de l’état final.

Une proposition d’expérience sera examinée au Comité d’expériences de RIKEN (Tokyo) en décembre 2019 en vue d’une réalisation dans le courant de l’année 2020.

Une collaboration avec des théoriciens de structure nucléaire (théories ab initio) et des mécanismes de réaction offrira au candidat une opportunité d’approfondir ses connaissances théoriques.

La mesure de la production des quarks beauté dans des collisions PbPb au LHC avec le détecteur MFT

SL-DRF-20-0244

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire plasma de quarks et gluons (LQGP) (LQGP)

Saclay

Contact :

Andry Rakotozafindrabe

Stefano PANEBIANCO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Andry Rakotozafindrabe
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

0169087482

Directeur de thèse :

Stefano PANEBIANCO
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

0169087357

Page perso : http://irfu.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=mwinn

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=500

Voir aussi : https://home.cern/science/experiments/alice

Le plasma de quarks et de gluons est un état extrême de la matière dans lequel, grâce à des températures de quelques centaines de MeV, les constituants des nucléons se trouvent déconfinés durant un temps suffisamment long pour que leur interaction avec le plasma soit mesurable.

Les conditions thermodynamiques de formation de ce plasma peuvent être reproduites dans des collisions d’ions lourds ultrarelativistes au LHC (CERN).

Le but de la thèse est de faire la première mesure auprès de l’expérience ALICE de la production de hadrons composés de quarks bottoms jusqu’à une impulsion transverse nulle dans des collisions Pb-Pb à partir de leur décroissance en résonance J/psi. Cette mesure ajoute une contrainte très importante sur la compréhension de l’état initial des collisions d’ions lourds et sur le transport des quarks lourds dans le plasma, notamment leur propriétés d’hadronisation.

La thèse proposée se structure d’abord autour de la mise en marche d’un nouveau détecteur silicium de grande précision, appelé Muon Forward Tracker, nécessaire pour la détection vers l’avant des paires de muons issus de la décroissance des J/psi. Dans une deuxième étape, l’analyse des premières données des collisions Pb-Pb qui seront accumulées en 2021 avec ce nouveau détecteur, permettra d’étudier la séparation entre les J/psi prompts produits lors des collisions de ceux issus de la décroissance des mesons B. Cette étude, inédite au sein de l’expérience ALICE, constitue un test très important des propriétés des quarks lourds dans le plasma de quarks et gluons.
Le processus de fission nucléaire à la lumière des rayons gamma prompts

SL-DRF-20-0339

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire etudes et applications des reactions nucleaires (LEARN) (LEARN)

Saclay

Contact :

Thomas MATERNA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Thomas MATERNA
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169084091

Directeur de thèse :

Thomas MATERNA
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169084091

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

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=498

Bien que connue depuis plus de 80 ans, la fission nucléaire reste une thématique de recherche très active à la fois pour son aspect fondamental d’étude de la matière nucléaire que pour ses applications, dont l’énergie nucléaire.

Les rayons gamma prompts de fission permettent de sonder la structure et les propriétés des fragments émis durant le processus de fission. Leur utilisation offre dès lors un nouvel éclairage pour l’étude de ce processus. Elle permet notamment d’explorer des effets encore peu étudiés expérimentalement comme l’influence de la forme des fragments sur le processus de fission ou encore le partage de l’énergie d’excitation entre les fragments. D’autre part, la mesure des rayons gammas prompt de fission fournit également des données exploitables pour la simulation de l’échauffement gamma dans les réacteurs nucléaires.

Le travail de thèse consistera dans l’analyse des données d’un nouveau spectromètre gamma, FIPPS, installé auprès du réacteur de recherche de Grenoble. Ce spectromètre est composé d’un ensemble de détecteurs Germanium disposés autour d’une cible fissile placée dans un flux intense de neutrons thermiques. L’exploitation des résultats expérimentaux permettra à l’étudiant(e) de tester des modèles récents du processus de fission et de désexcitation des fragments.

Recherche des noyaux en forme de poire dans les actinides : étude d’un nouveau mécanisme de production des actinides déficients en neutrons et développement d’un détecteur dédié à la spectroscopie laser des actinides

SL-DRF-20-0270

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Marine VANDEBROUCK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Marine VANDEBROUCK
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA


Directeur de thèse :

Marine VANDEBROUCK
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA


Comprendre les limites d’existence du noyau, et notamment sa limite en masse, est actuellement un des axes majeurs de recherche en physique nucléaire. L’étude des noyaux lourds, situés dans la partie haute de la carte des noyaux, bénéficie depuis peu d’une nouvelle approche expérimentale : la spectroscopie laser. Il s’agit d’une méthode issue de la physique atomique, qui permet de déduire les propriétés du noyau à partir de sa spectroscopie atomique, indépendamment des modèles nucléaires.

Dans cette région des noyaux lourds, les actinides déficients en neutrons présentent un intérêt particulier. En effet, plusieurs calculs théoriques prédisent des déformations octupolaires (forme de poire) prononcées.

L’objectif de la thèse est d’étudier les déformations octupolaires dans les actinides déficients en neutrons. La thèse s’effectuera en collaboration avec l’Université de Jyväskylä. La thèse se divise en deux parties : i) une expérience à Jyväskylä visant à étudier la production des actinides déficients en neutrons par un nouveau mécanisme de réaction, ii) le développement d’un détecteur qui permettra de coupler spectroscopie laser et spectroscopie retardée auprès de S3/LEB au GANIL-Spiral2.
Étude et contrôle de l’influence des forces magnétiques volumiques générées par les aimants supraconducteurs très haut champ sur leur refroidissement par fluide cryogénique

SL-DRF-20-0663

Domaine de recherche : Technologies pour la santé et l’environnement, dispositifs médicaux
Laboratoire d'accueil :

Département des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme (DACM)

Laboratoire d’Etudes des Aimants Supraconducteurs (LEAS)

Saclay

Contact :

Clément LORIN

Bertrand BAUDOUY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Clément LORIN
CEA - DRF


Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY
CEA - DRF/IRFU/DACM/LCSE

0169084207

Dans le cadre du développement des aimants supraconducteurs des IRM du futur se pose la question de leur refroidissement à l'aide de fluides cryogéniques (hélium liquide ou autres). En effet, la recherche de champs magnétiques très intenses pour les IRM, afin d'améliorer la qualité et la finesse des images produites, induit des forces magnétiques volumiques considérables sur les éléments alentours même s'ils ne sont que faiblement magnétiques (paramagnétisme ou diamagnétisme). Ces forces magnétiques volumiques rentrent alors localement en compétition avec la gravité terrestre et viennent perturber les phénomènes de refroidissement par convection naturelle. Il faudra ainsi simuler durant le travail de thèse les distributions de forces magnétiques volumiques au sein des aimants haut champ. De plus une partie expérimentale devra permettre de caractériser l'ensemble des échanges thermiques sous gravité modifiée en raison des forces magnétiques. Le travail comprendra donc une partie théorique et une partie expérimentale.

 

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