Les sujets de thèses

56 sujets IRFU

Dernière mise à jour : 16-07-2018


• Astroparticules

• Astrophysique

• Electromagnétisme - Electrotechnique

• Imagerie médicale

• Mathématiques - Analyse numérique - Simulation

• Physique nucléaire

• Physique des accélérateurs

• Physique des particules

• Physique du solide, surfaces et interfaces

• Physique nucléaire

 

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

SL-DRF-18-0305

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe CMS

Saclay

Contact :

elizabeth Locci

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Directeur de thèse :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

L’expérience CMS a recherché le boson de Higgs dans le canal de désintégration µ+µ- dans les collisions

proton-proton à 7 TeV et 8 TeV (énergie dans le centre de masse). Ce canal de désintégration a l’avantage

de posséder une signature claire dans le détecteur CMS dans lequel la masse di-muon peut être mesurée

avec une excellente résolution. Pour un boson de Higgs de masse 125 GeV/c2, une limite supérieure sur le

taux de production de 7.4 fois la prédiction du modèle standard a été observée avec un niveau de confiance

de 95%, en accord avec certains modèles hors Modèle Standard.

A 13 TeV on s’attend à ce que la statistique soit multipliée par un facteur 8 à 10. Non seulement le rapport

d’embranchement du boson de Higgs en µ+µ- sera mesuré plus précisément, mais il sera possible d’identifier

les variables discriminantes pour mesurer le spin du boson de Higgs (spin 0) et le distinguer du spin du boson

Z (spin 1), et mesurer le spin de résonances nouvelles à des masses plus élevées qui pourrait prendre

également la valeur 2 dans le cas de couplages du type graviton.

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

SL-DRF-18-0304

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe CMS

Saclay

Contact :

Serguei GANJOUR

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

Directeur de thèse :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

Les limites d'observation de la production d'une paire de boson de Higgs dans le mode soit résonant soit non-résonant reconstruit en une paire de photons et une paire de jets b (HH->bbgg) ont fait l'objet d'une publication (Phys. Rev. D 94, 052012 (2016)) pour le RUN-1 du LHC à 8TeV. La reconstruction du canal HH->bbgg en utilisant les données du RUN-2 à 13 TeV permettra l’étude de l'auto couplage du Higgs ainsi que de son couplage au quark top. Après la mesure précise de la masse du Higgs, la plupart de ses propriétés, telles que sa charge, son spin, les sections efficaces de production, les rapports de branchement de ses désintégrations et ses couplages aux particules fondamentales ont fait également l'objet de mesures précises et correspondent aux prédictions du modèle standard. La mesure de l'auto couplage est cependant restée inaccessible avec les données du RUN-I du LHC. C'est le thème et le but de notre recherche en plus de la recherche de nouvelle physique.

JWST: from data analysis software and techniques to the quest for hidden mergers in high redshift galaxies

SL-DRF-18-0255

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Emanuele DADDI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Emanuele DADDI

CEA - DRF/IRFU/SAp

Directeur de thèse :

Emanuele DADDI

CEA - DRF/IRFU/SAp

WST will be launched early in 2019, 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). These are lower luminosities and therefore much more frequent events, which affect only a subset of the galaxy, while the rest behaves as a normal disk, similar to M82 that could be a local proto-type of this situation. This research is based on recent discoveries from our team at the peak of galaxy formation z=1-4, including ALMA high resolution observations of distant star forming galaxies showing compact dust embedded cores (Cibinel, Daddi, Bournaud et al 2017), near-IR rest frame line spectroscopy of distant starbursts showing optically thick cores with growing AGNs (Calabro, Daddi et al in preparation), and other ongoing works. Eventually this research will lead to the first realistic estimate of the impact of mergers on star formation in the distant Universe, a widely discussed and hot topic. Also, we could shed new lights on the issues of black hole growth duty cycle and the role of feedback in terminating star formation at high redshifts.

échelles non-linéaires afin d’étudier la nature de l’énergie noire

SL-DRF-18-0436

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Valeria Pettorino

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-04-2018

Contact :

Valeria Pettorino

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCS

Directeur de thèse :

Valeria Pettorino

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCS

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

Labo : http://www.cosmostat.org/

La nature de l’énergie noire (Dark Energy, DE), responsable de l’accélération de l’expansion de

l’Univers, est l’un des plus grands défis actuels de la cosmologie. S’agit-il d’une constante, d’un

fluide ou encore d’un indice que la théorie de la Relativité Générale d’Einstein doit être modifiée

(Modified Gravity, MG) à très grande échelle’ Pour résoudre ce problème fondamental, la

communauté scientifique a lancé de nombreux projets observationnels, et une grande quantité de

données, provenant de différentes sondes, sera bientôt disponible.

Le PhD engagé dans le cadre de ce projet sera à l’interface entre la théorie et les observations, afin

d’obtenir le meilleur retour scientifique sur ces investissements effectués, en particulier par

l’Europe et la France.

Ce projet a pour objectifs: i) le développement d’un module qui permet d’inclure des échelles

non-linéaires, jusqu’à présent exclues des analyses en MG ii) comparer les nouvelles données

disponibles à des approches théoriques générales afin d’étudier la nature de la DE et de la MG iii)

combiner différentes sondes afin de d’idendifier, de contraindre ou d’exclure des classes de

modèles cosmologiques. Cela permettra de combiner les données de différentes sondes afin de

détecter, contraindre et exclure des classes entières de modèles. Enfin, cela permettra

éventuellement de confirmer ou infirmer la théorie d’Einstein, menant ainsi vers de nouvelles

pistes en physique fondamentale.

Astrophysique multi-messager avec H.E.S.S./CTA et HAWC

SL-DRF-18-0256

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 : 01-09-2017

Contact :

Fabian Schussler

CEA - DRF/IRFU/SPP/HESS 2

+33169083020

Directeur de thèse :

Fabian Schussler

CEA - DRF/IRFU/SPP/HESS 2

+33169083020

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

Très récemment, un domaine fondamentalement nouveau de l'astronomie et de l'astrophysique a montré ses premiers résultats : l'astrophysique multi-messager en temps réel. Dans ce contexte, nous allons mettre en place un échange de données et leur combinaison d'observatoires très différents comme Virgo/Ligo, IceCube, H.E.S.S. et HAWC. Ces combinaisons en temps réel vont permettre la détection simultanée de différents messagers de l’univers (par exemple les ondes gravitationnelles, les rayons gamma et les neutrinos de haute énergie). Nous allons ainsi ouvrir de nouvelles fenêtres et fournir des informations sans précédent sur les phénomènes les plus violents jamais observés.

Le cœur du projet proposé est la recherche en temps réel de sources transitoires de rayons gamma à haute énergie directement après la détection d'une onde gravitationnelle ou d'un neutrino astrophysique ce qui démontra sans équivoque l'accélération de particules lié à ces phénomènes.

Bolomètres innovants pour la physique du neutrino

SL-DRF-18-0329

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Edelweiss

Saclay

Contact :

Claudia Nones

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Claudia Nones

CEA - DRF/IRFU/SPP/Edelweiss

0169083520

Directeur de thèse :

Claudia Nones

CEA - DRF/IRFU/SPP/Edelweiss

0169083520

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

Labo : http://irfu.cea.fr/Spp/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3900

Les détecteurs appropriés pour l’étude de la CENNS (diffusion élastique cohérente neutrino-noyau) et de la 0nDBD (désintégration double-bêta sans neutrino) partagent des caractéristiques communes: (i) flexibilité dans le choix du matériau, pour sélectionner les éléments et les composés correspondant aux besoins de la CENNS et de la 0nDBD; (ii) un rapport signal sur bruit élevé afin d'atteindre un seuil <100 eV pour la CENNS et une résolution d'énergie de ~ 0,1% à ~ 3 MeV pour la 0nDBD; (iii) temps de réponse rapide (<1ms) afin d'améliorer la discrimination de forme d'impulsion, cruciale pour le contrôle du fond dans 0nDBD, où il peut être exploité pour séparer les événements bêta (y compris le signal) des événements alpha (la source dominante du bruit dans des recherches bolométriques à l'échelle d’une tonne comme CUORE). Des macro-bolomètres basés sur des cristaux diélectriques équipés de capteurs innovants et exploités dans la gamme ~ 10-50 mK représentent la technologie explorée dans ce programme de thèse.

Une collaboration de longue date entre le promoteur et le laboratoire CSNSM d'Orsay permettra de développer et d'optimiser des films supraconducteurs en NbSi, aussi bien sur des substrats de silicium et de germanium que directement sur les cristaux d'intérêt. Les films seront produits par co-évaporation du niobium et du silicium sous ultravide par bombardement d’électrons, en réalisant une couche de NbxSi1-x (x = 0,14, épaisseur = 50 nm comme valeurs de référence). Les films auront une structure de méandre réalisée par gravure ionique réactive afin d'augmenter leur impédance d'état normal à des valeurs comprises entre 1 et 5 Mohm, ce qui permet l'utilisation d'une électronique conventionnelle basée sur des JFET de Si. Un processus de recuit adéquate permettra d'accorder la température de transition supraconductrice entre 15 mK et 20 mK.

Grâce à une récente collaboration établie avec LETI, le doctorant étudiera des éléments de Si dopés par implantation ionique, qui présentent une forte dépendance de la résistivité de la température dans la gamme 10-100 mK et peuvent être utilisés comme capteurs de température très sensibles. Grâce à l'expertise de LETI dans ce domaine, il sera possible de tester des dispositifs existants et de simuler des géométries innovantes, impliquant des grandes surfaces des capteurs, capables d'améliorer la conduction thermique et la capacité de collecte de phonons par rapport à l’état de la technique, entraînant une augmentation du rapport signal sur bruit et de la vitesse de réponse.

Dans la première phase du projet (environ 18 mois), l'activité du doctorant portera sur l'optimisation des deux types de capteurs de température. Dans la deuxième phase (environ 12 mois), l'étudiant fabriquera et testera les prototypes obtenus en couplant les cristaux sélectionnés pour la CENNS et la 0nDBD (et déjà disponibles grâce à d'autres projets passés et actuels comme LUMINEU, CUPID-Mo et BASKET) avec les capteurs optimisés et développés dans la première phase. Au cours des 6 derniers mois (troisième phase), les prototypes pour la 0nDBD seront testés dans des laboratoires souterrains (Modane - France - et / ou Gran Sasso - Italie -) pour avoir des indications plus précises sur leurs capacités de rejet du fond, tandis que les prototypes CENNS seront mis en œuvre lors de longues manips pour tester leur stabilité et, si possible, à la proximité d'un réacteur nucléaire (site final d'une expérience CENNS).

Recherche de la double désintégration beta sans émission de neutrinos avec des bolomètres scintillants

SL-DRF-18-0328

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Edelweiss

Saclay

Contact :

Claudia Nones

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Claudia Nones

CEA - DRF/IRFU/SPP/Edelweiss

0169083520

Directeur de thèse :

Claudia Nones

CEA - DRF/IRFU/SPP/Edelweiss

0169083520

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

Labo : http://irfu.cea.fr/Spp/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3900

Pourquoi les neutrinos sont-ils si légers ’ Quelle est la valeur absolue des leurs masses ’ Le neutrino est-il égal à son antiparticule, comme un photon ou un pion neutre, ou en diffère-t-il comme un neutron ’ Malgré les progrès impressionnants que nous avons faits récemment sur la connaissance de cette particule, la liste des questions ouvertes est encore très longue. Et les réponses sont d'une importance capitale pour comprendre les interactions fondamentales des particules et l'évolution de l'Univers. La double désintégration bêta sans émission de neutrinos (0n2B) est une transition nucléaire hypothétique et rarissime qui peut clarifier la plupart de ces problèmes intrigantes. Si elle est découverte, elle peut fixer l'échelle de masse des neutrinos, aider à déterminer l'ordre de ses trois masses et démontrer que le neutrino est effectivement égal à son antiparticule, comme Majorana l'avait envisagé il y a plus de quatre-vingts ans. En plus, la 0n2B permets de tester avec une sensibilité sans égal la conservation du nombre leptonique.



Une approche très prometteuse à l’étude de la 0n2B est poursuivie dans l’expérience bolométrique CUPID, qui vise à exploiter l'infrastructure existante de l’expérience CUORE (actuellement en opération dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie, CUORE est l'une des expériences 0n2B les plus sensibles au niveau international). CUPID est censé sonder l'hypothèse de la hiérarchie inversée des masses du neutrino grâce à une réduction spectaculaire du fond radioactif par rapport à CUORE. Cette amélioration sera obtenue par l'utilisation de bolomètres luminescents, qui permettent de rejeter le fond dû à l’émission de particules alpha en surface, facteur qui limite actuellement la sensibilité de CUORE.



Le présent projet de thèse vise à explorer et développer une technologie qui puisse être appliquée en perspective à CUPID, en recherchant la 0n2B des isotopes prometteurs Mo-100 et Cd-116. Les dispositifs proposés pour étudier ce processus rare sont des bolomètres contenant du Mo-100 et du Cd-116, agissant en même temps comme source et détecteur du phénomène. Comme dans tout macro-bolomètre classique, chaque dispositif sera constitué d'un monocristal diélectrique de haute pureté refroidi au-dessous de 20 mK et couplé thermiquement à un capteur de température (constitué d'une thermistance de Ge) qui fournira un signal de chaleur pour chaque événement. Dans ce type de dispositifs, la détection est médiée par la production de phonons (chaleur) due aux dépôts d'énergie par des événements nucléaires. Les événements 0n2B du Mo-100 et du Cd-116 produiront des signaux de chaleur avec une amplitude bien définie. En ce qui concerne le matériau du détecteur, les composés Li2MoO4 et CdWO4 sont parmi les plus prometteurs en termes de résolution énergétique, de radiopureté intrinsèque et de facilité de croissance des cristaux. Le signal 0n2B, dans les deux cas, est une raie située bien au-dessus de la radioactivité naturelle gamma (qui s'arrête à 2615 keV), mais le bruit de fond dans cette région sera dominé par des contaminations alpha de surface, qui produisent un spectre d’énergie presque plat. La contribution au fond des alphas de surface peut être éliminée en couplant le détecteur 0n2B avec un détecteur de lumière (qui sera également un bolomètre) capable de mesurer la lumière de scintillation générée par des événements nucléaires dans le Li2MoO4 et le CdWO4. Le rendement lumineux des particules alpha correspond de 15% à 20% de celui des particules bêtas à la même énergie thermique. Par conséquent, la mesure simultanée de la chaleur et de la lumière de scintillation permettra de rejeter la composante de fond alpha, simplement à cause de la faible intensité de la lumière qu'elles émettent.



Le projet de thèse impliquera l'analyse de données d'une expérience en cours (CUPID-Mo), basée sur le Mo-100 et très compétitive au niveau international, et le développement ex novo d'une expérience pilote pour le Cd-116.

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

SL-DRF-18-0261

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe HESS 2

Saclay

Contact :

Jean-François Glicenstein

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Jean-François Glicenstein

CEA - DRF/IRFU/SPP/HESS 2

0169089814

Directeur de thèse :

Jean-François Glicenstein

CEA - DRF/IRFU/SPP/HESS 2

0169089814

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

Conditions physico-chimiques des coeurs protostellaires: caractérisation du couplage entre champ magnétique et matière circumstellaire

SL-DRF-18-1026

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Anaëlle MAURY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Anaëlle MAURY

CEA - DRF/IRFU/SAp/LFEMI

0169089570

Directeur de thèse :

Anaëlle MAURY

CEA - DRF/IRFU/SAp/LFEMI

0169089570

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/anaelle.maury/

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

L'objectif principal du projet de thèse est de tester les conditions physico-chimiques dans les parties internes des coeurs protostellaires, où de jeunes étoiles se forment.

Connaître les conditions physiques dans ces régions est d'une importance capitale si l'on veut comprendre le couplage entre le champ magnétique des coeurs et la matière en effondrement qui alimente la proto-étoiles, et au final contraindre le rôle du champ magnétique pendant la formation des étoiles de type solaire.



Nous avons un grand jeu de données ALMA, comprenant des observations de plusieurs espèces moléculaires, dans une proto-étoile proche. Le projet de thèse visera à analyser ces données, à les interpréter avec l'aide de la carte du champ magnétique que nous avons obtenue pour cette proto-étoile, et enfin comparer les conditions locales et l'efficacité du freinage magnétique aux prédictions de simulations numériques MHD avec transfert radiatif.

Analyse cosmologique du survey d’amas de galaxies XXL

SL-DRF-18-0565

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Marguerite PIERRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Marguerite PIERRE

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Directeur de thèse :

Marguerite PIERRE

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

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

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

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

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

Le sujet de thèse est particulièrement d’actualité, puisque les comptages d’amas provenant de deux surveys indépendants, qui impliquent des méthodes de détection et domaines de masse très différents (Planck S-Z 2015 article XXIV ; XXL 2016 article II), apparaissent incompatibles avec les paramètres cosmologiques du CMB. La thèse se situe dans la dernière phase du projet en proposant une étude détaillée des facteurs affectant la modélisation cosmologique des résultats. Ceci concerne en particulier l’évolution des propriétés physiques des amas qui influent sur leur détection ainsi que la mesure de leurs masses. Il faudra inclure ces facteurs dans l’analyse cosmologique finale qui étendra les résultats présents sur 100 amas à l’échantillon complet de ~ 500 amas.



Moyens à mettre en œuvre durant la thèse :

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

Logiciel d’analyse cosmologique original développé à Saclay, qui repose exclusivement sur la modélisation des paramètres observables en X.

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

Cadre de travail :

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



Site du projet XXL :

http://irfu.cea.fr/xxl

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

Références du logiciel d’analyse cosmologique :

https://arxiv.org/abs/1609.07762

https://arxiv.org/abs/1710.01569



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

Champ magnétique et formation stellaire le long des filaments moléculaires

SL-DRF-18-0550

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Philippe ANDRE

Philippe ANDRÉ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Philippe ANDRE

CEA - DRF/IRFU/SAp/LFEMI

Directeur de thèse :

Philippe ANDRÉ

CEA - DRF/IRFU/SAp/LFEMI

0169089265

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

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

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

Contraintes cosmologiques avec les grands relevés spectroscopiques de quasars de eBOSS et DESI

SL-DRF-18-0294

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Bao

Saclay

Contact :

Etienne Burtin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Etienne Burtin

CEA - DRF/IRFU/SPP

0169085358

Directeur de thèse :

Etienne Burtin

CEA - DRF/IRFU/SPP

0169085358

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

La mise en évidence de l’accélération de l’expansion de l’Univers a déclenché un vaste programme de recherche en vue d’identifier et de comprendre le phénomène « d’énergie noire ».



Depuis dix ans, l’empreinte laissée par les oscillations acoustiques de baryons (BAO) dans la distribution des galaxies est utilisée comme une « règle standard » pour mesurer la géométrie de l’Univers et les paramètres cosmologiques. Aujourd’hui, la communauté se tourne vers l’étude de l'anisotropie de la fonction de correlation des traceurs de la matière qui est un moyen unique de contraindre le taux d'expansion de l'Univers et de tester des éventuelles modifications de la gravité par la mesure du taux de croissance des grandes structures cosmiques.



Pour réaliser ces mesures nous utilisons les données des grands relevés spectroscopiques eBOSS (2014-2019) et Desi (2019-2025). Ces relevés permettent de mesurer le décalage vers le rouge (z, redshift) de millions d'objets astrophysique qui sont utilisés pour réaliser une cartographie tri-dimensionnelle de la distribution de matière dans l'Univers. Dans le cadre du travail proposé nous utiliserons les quasars, sources de lumière les plus brillantes de l'Univers, pour sonder l'Univers dans un domaine de redshift entre 0.8 et 2.2 qui est encore peu exploré. L'estimation de la précision de la mesure sera faite au moyen de simulations numériques dont les paramètres cosmologiques sont connus.



Par ailleurs, la corrélation entre les quasars avec d'autres sondes cosmologique comme l'effet de lentille gravitationnel du fond diffus cosmologique permet d'accéder à de nouvelles observables. Ceci constitue un moyen prometteur de tester les éventuelles modifications de la gravité.

Dynamique et évolution des exoplanètes et de leur atmosphère: l'impact des interactions étoile-planètes

SL-DRF-18-0776

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement

Saclay

Contact :

Stéphane MATHIS

Allan Sacha BRUN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Stéphane MATHIS

CEA - DRF/IRFU/DAp/LDE3

0169084930

Directeur de thèse :

Allan Sacha BRUN

CEA - DSM/IRFU/DAp/LDE3

+33 1 69 08 76 60

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

Depuis 1995 nous avons aujourd’hui détecté des planètes autour de ~2800 étoiles. Au moins 20% de ces étoiles sont en fait hôte de plusieurs planètes (http://exoplanet.eu/). L’architecture actuelle des systèmes compacts observés, essentielle pour l’habitabilité des exoplanètes, ainsi que l’état rotationnel des planètes est le produit d’une évolution complexe jointe de l’étoile centrale et de ses planètes.

Le but de cette thèse est 1) de modéliser la dynamique des atmosphères en interaction avec l’étoile en utilisant des modèles ab-initio pour les interactions magnétiques et les interactions de marée et en tirer des prescriptions pour la perte de masse de l’atmosphère et le couple de marée appliqué sur la planète; et 2) d’utiliser les prescriptions issues de ces développements théoriques pour améliorer la physique prise en compte dans la modélisation de l’évolution orbitale et rotationnelle des planètes de systèmes multi-planétaires.

Etude et Utilisation des bolomètres polarimétriques de SPICA pour l’astrophysique submillimétrique depuis le sol et sur ballons stratosphériques.

SL-DRF-18-0428

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire de Détection Spatiale

Saclay

Contact :

Vincent REVERET

Louis RODRIGUEZ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Vincent REVERET

CEA - DSM/IRFU/SAp/LSIS

01 69 08 74 02

Directeur de thèse :

Louis RODRIGUEZ

CEA -

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sap/

L’observatoire spatial submillimétrique Herschel a révolutionné certains domaines de l’astrophysique, comme par exemple celui de la formation des étoiles, en montrant que ces dernières se forment majoritairement au sein de filaments de gaz et de poussière. La question importante du rôle du champ magnétique au sein de ces structures se pose alors et ne peut pas être résolue par les instruments d’astrophysique actuels. L’instrument Safari-Pol, installé sur le futur observatoire international spatial SPICA et proposé par le CEA Saclay sera notamment capable de détecter une grande variété de filaments dans l’infrarouge lointain, ainsi que leur éventuel champ magnétique associé (au travers de la polarisation du rayonnement provenant de ces régions).

Safari-Pol contiendra 3 plans focaux de bolomètres silicium cryogéniques actuellement développés par le CEA (LETI et Saclay). Il s’agit de détecteurs innovants, fonctionnant à 50 mK, possédant une très grande sensibilité et dont chaque pixel est intrinsèquement sensible à la polarisation du rayonnement incident.

L’objet de cette thèse, sera dans un premier temps, de modéliser, et de tester les bolomètres de Safari-Pol (mesure de la sensibilité, de la constante de temps, cross-polarisation, etc…). Ensuite, le candidat proposera et testera une ou des solutions technologiques d’adaptation aux conditions d’observation sur un ballon stratosphérique et sur un télescope au sol qui sont des moyens d’observation parfaitement complémentaires de l’espace. Ce travail s’accompagnera d’une étude des modes d’observation envisagés (sol et ballon) et de leurs performances attendues.

From data to theoretical cosmology: likelihood development for future surveys like Euclid.

SL-DRF-18-0670

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Valeria Pettorino

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Valeria Pettorino

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCS

Directeur de thèse :

Valeria Pettorino

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCS

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

Labo : http://www.cosmostat.org/

La nature de l’énergie noire (Dark Energy, DE), responsable de l’accélération de l’expansion de

l’Univers, est l’un des plus grands défis actuels de la cosmologie. S’agit-il d’une constante, d’un

fluide ou encore d’un indice que la théorie de la Relativité Générale d’Einstein doit être modifiée

(Modified Gravity, MG) à très grande échelle’ Pour résoudre ce problème fondamental, la

communauté scientifique a lancé de nombreux projets observationnels, et une grande quantité de

données, provenant de différentes sondes, sera bientôt disponible.

Le PhD engagé dans le cadre de ce projet sera à l’interface entre la théorie et les observations, afin

d’obtenir le meilleur retour scientifique sur ces investissements effectués, en particulier par

l’Europe et la France.

Ce projet a pour objectifs: i) le développement de la vraisemblance pour l'analyse des données des

missions CFIS et Euclid ii) comparer les nouvelles données disponibles à des approches

théoriques générales afin d’étudier la nature de la DE et de la MG iii) combiner différentes sondes

afin d’identifier, de contraindre ou d’exclure des classes de modèles cosmologiques. Cela permettra de combiner les données de différentes sondes afin de détecter, contraindre et exclure

des classes entières de modèles. Enfin, cela permettra éventuellement de confirmer ou d'infirmer la

théorie d’Einstein, menant ainsi à de nouvelles pistes en physique fondamentale.

Influence des jets protostellaires sur la formation et l'évolution des amas stellaires

SL-DRF-18-0737

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire de Théorie et de Modélisation

Saclay

Contact :

Patrick Hennebelle

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Patrick Hennebelle

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169089987

Directeur de thèse :

Patrick Hennebelle

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169089987

Les étoiles se forment en amas sous l'influence de la gravité qui provoque un effondrement gravitationnel des nuages moléculaires. Au cours de ce processus les étoiles exercent une retro-action sur le nuage par l'intermédiaire de différents processus tels que l'émission de rayonnement ionisant ainsi que des jets et flots émis au moment de l'accrétion du gaz sur l'étoile. L'influence de ces processus apparait comme étant déterminante pour comprendre l'évolution des amas, la vitesse à laquelle ils forment des étoiles et sans doute également la distribution en masse des étoiles formées. Cette influence est encore mal comprise et doit être quantifiée, notamment car de nouvelles observations sont disponibles, aussi bien sur l'état du gaz avec Alma que sur les populations stellaires avec Gaia. L'objectif de la thèse consistera à réaliser des simulations numériques de ce processus à l'aide du code à maillage adaptatif RAMSES. Il conviendra dans un premier temps d'implémenter les jets et outflows dans le code puis dans un second temps d'explorer leurs conséquences sur la formation des amas.

L'Univers avec MeerKAT: à la recherche de transitoires explosives et exotiques.

SL-DRF-18-0657

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Stéphane CORBEL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Stéphane CORBEL

Université Paris 7 - DRF/IRFU/SAP/LEPCHE

01 69 08 45 62

Directeur de thèse :

Stéphane CORBEL

Université Paris 7 - DRF/IRFU/SAP/LEPCHE

01 69 08 45 62

Labo : http://www.thunderkat.uct.ac.za/

Voir aussi : https://arxiv.org/abs/1711.04132

En 2018, un nouvel observatoire va entrer en service avec le déploiement de MeerKAT en Afrique du Sud.

Avec l’installation de 64 paraboles en Afrique du Sud, MeerKAT sera l’instrument radio le plus sensible au

monde dans la gamme de fréquence considérée.



Différents larges programmes d’observations ont été sélectionnés et cette thèse s’inscrit dans le cadre du

programme « ThunderKAT ». Ce programme a pour objectif de détecter, d’identifier et de comprendre les

phénomènes violents de l’Univers à partir de leur émission radio (souvent conjointement avec d’autres

longueurs d’onde). Ce programme vise à explorer les propriétés des phénomènes éruptifs (trous noirs en

activité, sursauts gamma, …), explosif (e.g. supernovae), voire phénomènes inconnus (contrepartie

électromagnétique d’un épisode gravitationnel comme lors de la fusion récente de deux étoiles à neutrons en

2017, sursaut radio rapide, éruption radio d’origine inconnue …).



Le programme ThunderKAT a reçu une attribution en temps de ~3000 h de télescope avec le meilleur

télescope radio au monde. A cela, il faut ajouter, l’accès privatif à toutes les données du télescope afin de

rechercher tout phénomène transitoire dans les autres programmes d’observation. La thèse proposée

s'inscrit donc dans le cadre de suivi multi-longueurs d'onde de phénomènes explosifs avec les instruments les

plus sensibles au monde.

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

SL-DRF-18-0717

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service 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 : 01-10-2018

Contact :

Sylvain CHATY

Université Paris Diderot 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 Paris Diderot 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/Sap

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 objets 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 / 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.

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

SL-DRF-18-0298

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire de Théorie et de Modélisation

Saclay

Contact :

Jérôme Guilet

Thierry FOGLIZZO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Jérôme Guilet

CEA - DRF/IRFU/SAp/LTM

01 69 08 04 37

Directeur de thèse :

Thierry FOGLIZZO

CEA - DRF/IRFU/SAp/LTM

01 69 08 87 20

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

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

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=4201

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

Physique des régions de formation stellaire géantes des galaxies primordiales : une synergie entre observations et simulations

SL-DRF-18-0323

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Frédéric BOURNAUD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Frédéric BOURNAUD

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 55 08

Directeur de thèse :

Frédéric BOURNAUD

CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 55 08

La morphologie des galaxies de l’Univers distant, au pic de leur activité de formation stellaire (redshift z=1-

3), est très différente des galaxies spirales proches. Ces galaxies sont en général irrégulières, dominées par

des régions géantes ou « clumps » de formation stellaire. Ces « clumps » ont des tailles et masses de 100 à

1000 fois plus grandes que celles des nuages moléculaires et amas stellaires de notre Galaxie. Cette

propriété pourrait s’expliquer par les grandes masses de gaz et la forte turbulence des galaxies jeunes,

pouvant provoquer une instabilité et la fragmentation violente des disques galactiques.



Néanmoins, et malgré les études menées par de nombreux groupes, une compréhension précise de la

formation et de l’évolution de ces clumps reste à établir, aussi bien par l’observation que du point de vue

théorique. La distribution des masses stellaires et de formation stellaire dans les clumps reste débattue, et

surtout l’évolution de ces régions géantes face au « feedback » des étoiles jeunes reste très incertaine. Si les

clumps survivent au feedback, ils peuvent contrôler l’évolution de leur galaxie hôte : croissance du bulbe

central, alimentation du trou noir supermassif, genèse des vents galactiques. Les simulations numériques

manquant de résolution ont recours à des modèles « sous-maille » pour implémenter la formation d’étoiles et

le feedback, et donnent des résultats discordants selon les méthodes employées.



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

1) une caractérisation observationnelle basée pour la première fois sur la cartographie des quantités

physiques (cartes de masse stellaires, de densité de formation stellaire) à partir de données des champs

profonds du télescope Hubble (champs tels que CANDELS, H-UDF),

2) une comparaison systématique aux cartes simulées par divers groupes employant diverses méthodes de

simulation numérique du feedback stellaire,

3) de nouvelles simulations numériques ayant une modélisation améliorée par l’emploi de « zooms » sur les

clumps de formation stellaire, pour mieux modéliser les sites de formation stellaire et la réaction du milieu

interstellaire turbulent au feedback des étoiles.





Ces approches complémentaires permettront de mieux comprendre le rôle des instabilités des galaxies

primordiales dans la formation de leurs disques, bulbes, et trous noirs supermassifs. Cette étude contraindra

aussi d’autres aspects fondamentaux de la formation des galaxies, tels que l’évolution de leur fraction de gaz

au cours du temps. Ce travail préparera l’interprétation des observations du JWST, qui cartographiera en

détail la distribution des masses stellaires dans les galaxies primordiales, et leur gaz ionisé, à comparer avec les

observations des réservoirs de gaz moléculaire par ALMA. Une compréhension fine de la formation stellaire

dans les galaxies jeunes est également indispensable pour étudier les populations stellaires âgées dans les

galaxies proches, qui seront notamment sondées par EUCLID. Enfin, la thèse proposée emploiera des

simulations numériques réalisées sur les plus grands calculateurs nationaux (GENCI) et Européens

(PRACE).

Recherche de sursauts gamma avec CTA

SL-DRF-18-0269

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Thierry STOLARCZYK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Thierry STOLARCZYK

CEA - DRF/IRFU/DAp/LEPCHE

+33 1 69 08 78 12

Directeur de thèse :

Thierry STOLARCZYK

CEA - DRF/IRFU/DAp/LEPCHE

+33 1 69 08 78 12

Voir aussi : http://neutrini.free.fr

L’observatoire CTA est sur le point de transformer notre vision du ciel à très haute énergie grâce à des performances 10 fois supérieures à celles des instruments existants et à des capacités inédites pour l’étude du ciel variable. L’objectif de la thèse est de contribuer à optimiser les performances de détection en temps réel de sources transitoires, en particulier les sursauts gamma et les contreparties aux ondes gravitationnelles.

Reconstruction parcimonieuse et semi-paramétrique en imagerie radio

SL-DRF-18-0561

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jean-Luc STARCK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

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

La radioastronomie connaît aujourd’hui un nouvel âge d’or, avec l’émergence de nouveaux instruments sensibles, d’échelle continentale et entièrement numériques. Le gain brut en sensibilité apporté par ces instruments permet l’exploration et la réexploration de la fenêtre radio, depuis le sol (avec l’émergence des instruments comme LOFAR, LWA et SKA). À ces fréquences, il est possible de sonder d’une part, notre environnement dynamique proche (le Système Solaire, par l’étude de la couronne et du vent solaire; des émissions sporadiques radio solaires et planétaires) et d’autre part, l’Univers lointain (par l’étude du fond radio galactique et de sources galactiques et extragalactiques mais également des émissions du fond, notamment les Âges Sombres - dark ages). L’imagerie radio nécessite toutefois de passer par une étape de reconstruction d’image, qui consiste à obtenir une image de bonne qualité à partir d’une mesure incomplète de l’espace de Fourier. Des progrès significatifs ont été faits ces dernières années, en particulier grace aux techniques de Compressed Sensing et reconstruction parcimonieuses [1,2]. Une fois les images restaurées, la phase d’interpretation peut commencer. Il s’agit souvent de detecter les sources et de deriver leur comportement spectral. En radio, il s’agira donc d’explorer des méthodes efficaces pour effectuer une reconstruction non ambiguë de l’indice spectral de sources radio à partir de données parcellaires prise dans une large bande. L’enjeu est d’également pouvoir produire des images à « grand champ » (10k x 10k pixels) correspondant aux nouveaux modes d’observation des futurs relevés radio. Ce mode nécessite la prise en compte d’effets instrumentaux dépendants de la direction.

Le but de cette thèse est de supprimer le traitement des données en deux étapes (reconstruction d'image et interpretation), et de poser directement le problème comme un problème inverse semi-paramétrique, où un ensemble de paramètres décrivent les données, mais sans avoir aucune information sur la distribution spatiale de ces paramètres.





References:

H. Garsden, J. Girard, J.-L. Starck, S. Corbel, C. Tasse et al, "LOFAR Sparse Image Reconstruction", Astronomy and Astrophysics, 575, A90, 2015.

M. Jiang, J. Bobin and J.-L. Starck, "Joint Multichannel Deconvolution and Blind Source Separation", SIAM Journal on Imaging Sciences, 10, 4, pp. 1997-2021, 2017.

The role of gas and star formation inside the first forming galaxy structures

SL-DRF-18-0910

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Emanuele DADDI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Emanuele DADDI

CEA - DRF/IRFU/SAp

Directeur de thèse :

Emanuele DADDI

CEA - DRF/IRFU/SAp

At redshifts of z=2 to 3, the epoch of the peak star formation and black hole activity in the Universe, the first giant dark matter halos were also growing very rapidly, and baryons falling into their deep potential wells induced prodigiously vigorous activity leading to the major phases of galaxy and black hole assembly, often hidden by dust. These early phases for the evolution of galaxies are expected to be crucial to lead to the formation of their dominant early type galaxy population (via quenching mechanisms still poorly understood) and well relaxed hot gas atmospheres, as observed in local massive galaxy clusters (via some sort of yet unknown feedback between galaxies and the hot gas, leading to energy and entropy injection affecting its thermodynamic evolution). The overall physical processes relevant for galaxies and structures evolution in the first forming clusters are still largely poorly mapped, and yet not well understood. But increasing interest and efforts in the community coupled with emerging observational results and prospects for future mission (e.g., JWST, Euclid and Athena) make this research field one of the most hot and promising in the current domain of galaxies and structure formation. I propose a PhD thesis in Saclay in this research field, based on new observations with ALMA, NOEMA, Herschel, HST and Keck of two dense structures discovered by our research groups at z=2 and 2.5 (Gobat et al 2011; 2013; Wang et al 2016) and a new forming cluster found at z=2.91. The student will be responsible of the final reduction, analysis and interpretation of a substantial amount of data we obtained

with the new and revolutionary Keck Cosmic Web Imager, allowing for the first time 3D spectroscopy in the blue over large fields, down to wavelengths not accessible to the MUSE instrument at the VLT. These Keck data have revealed giant clouds of cold gas extending over 100kpc or more at the cluster cores, detected from their Lya emission. The high level goal of the thesis will be to observationally characterise and understand the nature, origin and fate of these giant reservoirs of cold gas. This will be done in particular in connection with galaxy activity present in the clusters, that will be probed by HST multicolour imaging (to reveal morphologies, stellar populations and merging rates possibly connected to galaxy stripping and production of inter cluster material) and with NOEMA, ALMA and Herschel (to study gas reservoirs, star formation hidden by dust and the state of the interstellar medium). The cold gas might eventually result to be a first convincing smoking gun of cold flow accretion to massive dark matter halos required by theory to justify the vigorous galaxy activity present at high redshift. Such smoking gun has long been sought observationally at high redshifts but never convincingly detected yet. Possible evidences leading to this could be connected with the morphology of the Lya gas, large kinematics and metal enrichment, that we will be able to investigate with existing data and with future observations. The student will be, in fact, involved during the PhD in a vigorous effort of proposing for Keck, VLT and ALMA/NOEMA time, to foster this science, with a resulting expertise in all aspects of observational astronomy, including experience with dealing with truly multi-wavelength datasets.

Étude des grains interstellaires à l'ère du JWST

SL-DRF-18-0283

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Frédéric Galliano

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Frédéric Galliano

CNRS - DSM/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 18 21

Directeur de thèse :

Frédéric Galliano

CNRS - DSM/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 18 21

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



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



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



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

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



Le James Webb Space Telescope (JWST), qui sera lancé en 2019, observera le domaine infrarouge moyen avec une sensiblité et une résolution spatiale exceptionnelles. Les méthodes développées pendant la thèse pourront être appliquées à ces nouvelles données.

Participation aux développements d’un aimant haut-champ 30 T en REBaCuO

SL-DRF-18-0437

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

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

Laboratoire d'Etudes des Aimants Supraconducteurs (LEAS)

Saclay

Contact :

Philippe FAZILLEAU

Olivier Hubert

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-12-2018

Contact :

Philippe FAZILLEAU

CEA - DRF/IRFU/SACM/LEAS

0169086762

Directeur de thèse :

Olivier Hubert

ENS Pari-Saclay - LMT

01 47 40 22 24

Le travail proposé lors de la thèse est de concevoir, en lien avec l’équipe du DACM, un aimant haut-champ en supraconducteur à haute température critique avec un champ central de 30 T.

La partie conception intègre tous les aspects habituels (conducteur, magnétisme, mécanique, thermique, stabilité, protection, détection) en se focalisant sur les problèmes propres liés aux rubans HTS (dynamique du conducteur) et aux contraintes soulevées pour l’insert 10 T NOUGAT (magnétique, détection et mécanique) actuellement en réalisation.

Des prototypes en REBaCuO seront réalisés afin des donner des éléments pour orienter la conception de l’aimant. Ils pourront être testés dans un champ de fond au Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses.

Cette thèse s’inscrit dans une demande de financement de l’Agence Nationale de la Recherche déposée pour 2018. C’est la suite naturelle de l’ANR NOUGAT (conception et réalisation d’un insert HTS 10 T fonctionnant dans 20 T résisitifs) qui s’achèvera en 2018.

Détecteurs Imagerie TEP, temps de vol et haute résolution spatiale

SL-DRF-18-0238

Domaine de recherche : Imagerie médicale
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe DO

Saclay

Contact :

Viatcheslav SHARYY

Dominique YVON

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Viatcheslav SHARYY

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

0169086129

Directeur de thèse :

Dominique YVON

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

01 6908 3625

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

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

La Tomographie par Emission de Positrons (TEP) est une technique d’imagerie utilisée pour le diagnostique des cancers et dans les recherches neurobiologiques. Il s’agit de détecter deux photons de 511 keV produits par l’émission ß+ d’un traceur biochimique dans les tissus. Elle image ainsi l’activité biologique des organes.

Positionner précisément l’interaction des photons d’annihilation dans le volume du détecteur permet de reconstruire des images précises et contrastées. Ceci est particulièrement utile pour l’imagerie neurologique et sur modèles animaux (rongeurs).

Dans cette thèse nous proposons de développer un détecteur basé sur des cristaux « radiateur Cherenkov ». Nous avons sélectionné des technologies particulièrement efficaces pour l’imagerie TEP. La thèse consistera à mesurer les propriétés des cristaux scintillants, puis en la mise en œuvre et la caractérisation des propriétés d’un module détecteur complet. Cela implique la mise en œuvre de l’appareillage de mesure, le traitement des données, et la réalisation d’une simulation Monté-Carlo sous logicielle GATE et la confrontation des résultats de simulation aux mesures sur prototypes.

Les principes du détecteur font l’objet d’un brevet. Il devrait permettre de réaliser des imageurs TEP neurologiques de performances très améliorées.

Simulation et reconstruction d’images pour des scanner TEP temps-de-vol à haute résolution spatiale

SL-DRF-18-0237

Domaine de recherche : Imagerie médicale
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe DO

Saclay

Contact :

Viatcheslav SHARYY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Viatcheslav SHARYY

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

0169086129

Directeur de thèse :

Viatcheslav SHARYY

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

0169086129

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

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

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

La détermination précise du point d'annihilation des positons est importante pour reconstruire les images avec un bon contraste. En particulier, elle est utile en neuro-imagerie, c’est à dire lors d’études sur le cerveau, mais aussi lors d’études précliniques sur des modèles animaux de rongeurs. La technique « temps-de-vol » utilise la mesure de différence de temps de détection des deux photons pour améliorer le rapport signal sur bruit et la qualité des images reconstruites. Actuellement, ce nouveau type de scanner est en développement à IRFU, CEA-Saclay. Notre projet réunit un positionnement avec une précision élevée de 1 mm³ et une mesure TOF avec une précision 150 ps en utilisant les photons produits par l'effet Tcherenkov.

Dans cette thèse, nous proposons de développer une simulation du scanner prévu, de mesurer les performances du détecteur principal, de travailler sur le développement des algorithmes de reconstruction d'image et de les adapter aux scanners à haute précision.

Detection of weak signals in video streams with active reinforcement learning

SL-DRF-18-0761

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

Service d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jean-Luc STARCK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

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

Video digitizes images and audio streams. It is a cost-effective media for remote vision and for

capturing physical events occurring around us. In recent applications, such as video surveillance,

data streams are processed for finding patterns in order to aid human vision with machine

learning. In other domains, such as Astrophysics, observational tools record phenomena appearing

beyond the visual and audio spectrum, producing data that we could compare to video streams. In

both cases, some people need to spend time observing data streams so as to find special events,

which might be physical risks in sensible places or neutrinos before a red giant star collapses in a

supernova somewhere in the Universe [3]. As Big Data and uninterrupted data flows easily escape

from human attention and understanding, computer vision can massively process these data flows

without interruption.

For identified events, such as fire and flames, computer vision is reliable and efficient as it can

distinguish between flames and fire-colored moving objects, thanks to the use of spatial and

temporal wavelet transforms [4]. Computer vision systems also enable the early detection of

identified events and features, for autonomous vehicles and robots [2]. With unidentified events,

the best way to efficiently detect and identify them remains human observation and analysis. As a

result, detecting and recognizing unidentified events in data streams requires man-machine

collaboration, instead of man-machine competition.

D R F / I R F U

Direction de la Recherche Fondamentale– Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers

on

Active learning strives towards the collaboration of human intelligence and artificial intelligence.

With supervised models in machine learning and deep learning, items must be previously labelled

by experts and/or people answering to labelling queries – e.g. captcha. Active learning from

relative queries, instead of absolute ones, makes it possible to train machine-learning algorithms

from weak predictors, such as side information or non-experts answers, then to get comparable or

better performance than with the experts’ answers to labelling queries [1]. With such a model,

item recognition relies on human information processing-based inputs, more than on human

knowledge-based inputs.

The IoT and smart cities are going to produce huge and heterogenous datasets, to be compared

with astronomical observations and collected in data lakes. Therefore, the detection of unexpected

and/or unidentified events in data streams should become a significant task, depending on active

learning for the future of society, science, and economy. Finally, detecting weak signals in videos

streams thanks to active learning or other approaches could represent an important stake, while

there currently appears no or few works published on this topic, to our knowledge. It might allow

us to catch unusual phenomenon in video surveillance before specific events occur, so as to

prevent risks. It might also allow cosmologists to be notified of unobserved phenomena that could

require attention, in order to identify and classify them for an active reinforcement learning

process.

The thesis we propose concerns the research and experimentation of both sparse representations

[5] and online models of active learning for the detection of weak signals in data streams. It is

focused on application in video surveillance and astronomical data surveillance. It will be

experimented thanks to Big Data systems and Lambda architecture, allowing to run offline and

online analysis tasks in parallel processes. The candidate should be interested in computer vision,

online analysis and research applications. Candidate preferring a permanent position in private

research after the thesis are welcome (Lead Researcher for online analysis @DATA2B).

References

[1] Qian B., Wang X., Wang F., Li H., Ye J., and Davidson I. Active learning from relative

queries. In Proceedings of the Twenty-Third International Joint Conference on Artificial

Intelligence, IJCAI ’13, pages 1614–1620. AAAI Press, 2013.

[2] Donadio F., Frejaville J., Larnier S., and Vetault S. Human-robot collaboration to perform

aircraft inspection in working environment. In Proceedings of 5th International conference on

Machine Control and Guidance,, 2016.

[3] Antonioli P., Tresch Fienberg R., Fleurot F., Fukuda Y., Fulgione W., Habig A., Heise J.,

McDonald A.B., Mills C., Namba T., Robinson L.J., Scholberg K., Schwendener M., Sinnott

R.W., Stacey B., Suzuki Y., Tafirout B., Vigorito C., Viren B., Virtue C., and Zichichi A. Snews:

the supernova early warning system. New Journal of Physics, 6(1):114, 2004.

[4] Dedeoglu Y. Güdükbay U. & Cetin A. E Töreyin, B. U. Computer vision based method

for real-time fire and flame detection. 1(27):49–58, 2006.

[5] Starck J.-L., Murtagh F, and Fadili J, Sparse Image and Signal Processing: Wavelets and

Related Geometric Multiscale Analysis, Cambridge University Press, Cambridge (GB), 2015

(428-pp).

Connecter la méthode de la fonctionnelle de la densité d'énergie aux méthodes ab initio du problème à N corps

SL-DRF-18-0212

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Vittorio SOMA

Thomas DUGUET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Vittorio SOMA

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

0169083236

Directeur de thèse :

Thomas DUGUET

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

0169082338

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=4070

Les phénomènes mettant en jeu les noyaux atomiques, des réacteurs nucléaires à la coalescence d’étoiles à neutrons, font intervenir diverses propriétés de quantités de noyaux, dont beaucoup restent inaccessibles aux expériences. Des modèles théoriques sont donc nécessaires pour extrapoler et prédire de façon robuste leurs comportements. Cependant, le noyau de l’atome, un système quantique à plusieurs corps régi par l’interaction forte, est un des objets les plus complexes à modéliser en physique : il n’existe aujourd’hui aucune théorie unifiée des noyaux. Leur description est effectuée soit par des méthodes ab initio, soit par des approches plus effectives, telle que la méthode de la fonctionnelle d'énergie (EDF). Les premières fournissent une description élémentaire enracinée dans la théorie sous-jacente de l'interaction forte et leurs prédictions sont par construction plus robustes, avec des erreurs davantage maîtrisées. Les secondes sont applicables à un nombre beaucoup plus grand de noyaux en raison d'un coût numérique plus faible, mais les implémentations actuelles de la méthode EDF sont hautement phénoménologiques et n'ont pas la fiabilité des méthodes ab initio. Dans le cadre d'un programme de recherche de long terme entre le CEA/Saclay et le CEA/Bruyères-le-Chatel, le projet consiste à encrer la méthode EDF dans les méthodes ab initio de telle sorte que celle ci devienne fiable et perfectible selon une procédure systématique. Ceci présente un intérêt tant pour les études fondamentales de structure nucléaire de prochaine génération que pour rendre les ingrédients des modèles de réactions, par exemple pour la diffusion inélastique neutron-noyaux, plus cohérents et plus fiables sur le long terme. S'appuyant sur une première étape qui se limitait aux noyaux semi magiques, l'objectif de la thèse est d'étendre l'approche aux noyaux à double couche ouverte qui constituent la grande majorité des systèmes (connus ou encore inconnus) sur la carte de noyaux. Le travail consistera en des développements formels, des développements numériques et l'application de la nouvelle technologie à des cas d'intérêt expérimental. Le stage de 3 mois est vu comme une mise en place du projet en vue de la thèse qui s'y rapporte.

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

SL-DRF-18-0418

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

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

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

Saclay

Contact :

Olivier TUSKE

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Olivier TUSKE

CEA - DRF/IRFU/SACM/LEDA

+33 1 69 08 68 20

Directeur de thèse :

Olivier TUSKE

CEA - DRF/IRFU/SACM/LEDA

+33 1 69 08 68 20

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

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

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

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

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

Analyses de nouvelles observables pour l’étude du quark top et sa production en association avec le boson de Higgs dans ATLAS

SL-DRF-18-0224

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Frédéric DELIOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Frédéric DELIOT

CEA - DRF/IRFU/SPP

0169086628

Directeur de thèse :

Frédéric DELIOT

CEA - DRF/IRFU/SPP

0169086628

Le but de ce projet de thèse est l’étude des propriétés du quark top produit par paires et en association avec le boson de Higgs en utilisant des variables angulaires et des asymétries innovantes dans l’expérience ATLAS au CERN. The quark top étant la particule élémentaire la plus lourde et son couplage avec le boson de Higgs étant le plus grand, son étude est de première importance pour la recherche de nouveaux phénomènes au delà du modèle standard de la physique des particules. La première partie de la thèse sera consacrée à l’étude détaillée de la structure du vertex Wtb en utilisant de nouvelles observables liées au spin du boson W et de nouvelles asymétries. Cette approche devrait permettre d’augmenter la sensibilité aux couplages anormaux extraite des mesures expérimentales.

La deuxième partie du travail de thèse se focalisera sur l’étude de la nature CP du couplage du quark top avec le boson de Higgs dans les événements ttH, en utilisant les distributions angulaires des produits de désintégrations, en suivant la meme stratégie que dans le cas de la paire top-antitop. Ces deux études seront effectuées en collaboration avec des théoriciens qui développent les calculs théoriques pour prédire les distributions angulaires et asymétries dans l’état final ttH en présence de nouvelle physique.

Anomalie des neutrinos réacteur: analyse de l’expérience Stereo

SL-DRF-18-0231

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

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe MNM

Saclay

Contact :

Alain Letourneau

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Alain Letourneau

CEA - DSM/IRFU/SPhN/LEARN

33 (0)1 69 08 76 01

Directeur de thèse :

Alain Letourneau

CEA - DSM/IRFU/SPhN/LEARN

33 (0)1 69 08 76 01

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=186&id_unit=7

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=31

L’expérience Stereo, installée auprès du réacteur à haut flux de l’ILL (Grenoble), a pour but de caractériser le flux d’antineutrinos émis par le réacteur afin de déceler la présence d’un état stérile du neutrino. S’il existe, cet état, non prédit par le modèle standard, pourrait expliquer un certain nombre d’anomalies observées dans certaines expériences neutrino - la dernière en date, l’anomalie des neutrinos réacteur a été mise en évidence par notre équipe de l’Irfu il y a quelques années.

Le détecteur Stereo est en place depuis fin 2016 et une première prise de données a permis de valider son fonctionnement ainsi que de déterminer les niveaux de bruit de fond. Cependant la statistique accumulée n’est pas suffisante et une nouvelle campagne de mesure est prévue en 2018 et 2019.

Le travail de thèse consistera à participer aux campagnes de mesure et à analyser les données afin d’extraire le signal neutrino du bruit de fond et de l’étudier afin d’apporter une réponse quant à l’existence d’un état stérile ou non. Ce travail pourra être complété, selon les résultats obtenus par: le développement d’une analyse globale sur l’ensemble des expériences neutrinos pour vérifier l’hypothèse stérile ; un travail de modélisation sur l’interaction faible dans les noyaux et en particulier sur la décroissance béta des transitions interdites pour expliquer l’anomalie des neutrinos réacteur sans présence de neutrino stérile; une étude de R&D pour définir une nouvelle expérience afin d’augmenter la sensibilité du détecteur et d’améliorer la réjection des bruits de fond.

Le travail de thèse se fera en collaboration avec d’autres instituts : LAPP-Annecy, LPSC-Grenoble, ILL-Grenoble, MPIK-Heidelberg, et en interne CEA avec les trois directions (DEN, DRT et DAM) dans le cadre du projet transverse NENuFAR sur la modélisation des spectres neutrinos de réacteur. Il couvre un large éventail de physique (particule, nucléaire, neutronique, physique des réacteurs, physique de la scintillation …) ce qui permettra au candidat d’acquérir un spectre large de compétences en simulation, analyse et instrumentation.

Le travail de thèse aboutira à une ou plusieurs publications sur le travail et les résultats de l’expérience.

Couplage accrétion-éjection dans les microquasars

SL-DRF-18-0658

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

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Jérôme RODRIGUEZ

Stéphane CORBEL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Jérôme RODRIGUEZ

CEA - DRF/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 98 08

Directeur de thèse :

Stéphane CORBEL

Université Paris 7 - DRF/IRFU/SAP/LEPCHE

01 69 08 45 62

Les systèmes binaires X à jet (nommés microquasars) représentent d’excellents laboratoires pour tester les

phénomènes physiques dans des environnements extrêmes. Ils sont composés d’une étoile compagnon

«normale» et d’un astre compact pouvant être un trou noir ou une étoile à neutrons.



Le but de cette thèse sera d'étudier les activités de trous noirs binaires récemment découverts dans notre

Galaxie. Notre groupe a été aux avant-plans de campagnes d'observations multi-longueurs d'onde

(notamment radio, X et gamma), et l'objectif principal de la thèse sera donc d'étudier les connexions possibles

existant entre ces différents domaines (et donc les processus physiques associés). Notamment nous nous

focaliserons sur les corrélations éventuelles entre les propriétés des jets relativistes (puissance des jets) avec

celles du flot d’accrétion interne (émission thermique et non thermique) et la modélisation de ces objets.

Du boson Z au boson de Higgs, contraindre le nombre de jets associés dans la production d'un boson au LHC

SL-DRF-18-0672

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe CMS

Saclay

Contact :

Philippe Gras

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Philippe Gras

CEA - DRF/IRFU/DEDIP

+33 1 69 08 62 81

Directeur de thèse :

Philippe Gras

CEA - DRF/IRFU/DEDIP

+33 1 69 08 62 81

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

Voir aussi : https://cms.cern/

Les deux modes de productions dominants au LHC d'un boson de Higgs du modèle standard sont la fusion de deux gluons et la fusion de deux bosons vecteurs. La distinction de ses deux modes est essentielle pour la mesure des couplages du boson de Higgs aux fermions et aux bosons vecteurs. Un événement produit par la fusion de bosons vecteurs se distingue par la présence de deux jets hadroniques séparés en rapidité et typiquement utilisés pour identifier le mode de production : voir les deux diagrammes à l'ordre dominant sur l'illustration.

Cette thèse propose de s'affranchir de la reconstruction de jets pour la distinction des deux modes de productions, afin de réduire les incertitudes provenant du calcul des sections efficaces et améliorer la précision de la mesure, avec un gain attendu de 30%. Une variable innovante, N-jetiness, définie directement à partir des impulsions des particules observées, sera utilisée pour distinguer les événements provenant des différents modes. Dans un premier temps cette variable sera mesurée pour des événements avec un boson Z et des jets, produits en abondance au LHC, et la mesure sera confrontée au calcul théorique des sections efficaces afin de valider le gain en précision. Cette variable sera ensuite exploitée pour la mesure de la production du boson de Higgs et de son couplages aux fermions et aux bosons vecteurs.

Détermination de la fonction de distribution partonique du pion dans la région de valence

SL-DRF-18-0694

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

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Stephane PLATCHKOV

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Stephane PLATCHKOV

CEA - DRF/IRFU/SPhN/COMPASS

0169087459

Directeur de thèse :

Stephane PLATCHKOV

CEA - DRF/IRFU/SPhN/COMPASS

0169087459

Le pion a une double nature : il est aussi bien un état lié quark-antiquark formant le hadron le plus léger,

qu’un boson de Nambu-Goldstone. Cette double nature - confinement et brisure de symétrie - lui attribue une

position unique pour l’étude de l’interaction forte. L’accès à sa structure interne est alors particulièrement

important. Or, les distributions des partons dans le pion sont très mal connues. La diffusion de type Drell-Yan

fait partie des rares processus permettant d’accéder à ces distributions. Les mesures Drell-Yan avec un

faisceau de pions, effectuées par la Collaboration COMPASS au CERN en 2015 et celles prévues pour 2018,

présentent une opportunité unique pour extraire la distribution des quarks de valence dans le pion.

La thèse proposée a un volet expérimental et un volet phénoménologique. La partie expérimentale comprend

la réduction des données, la simulation Monte-Carlo de l'appareillage et la détermination des sections

efficaces. La partie phénoménologique inclut l’extraction de la distribution des quarks de valence dans le pion

et une comparaison exhaustive avec les calculs théoriques.

Détermination l'angle de mélange électrofaible avec les données à 13 TEV enregistrées par ATLAS au LHC

SL-DRF-18-0319

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Nathalie Besson

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Nathalie Besson

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169088274

Directeur de thèse :

Nathalie Besson

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169088274

L'existence de toutes les particules prédites par le Modèle Standard (MS) de la physique des particules est établie par l'expérience. Des mesures fines des masses et des couplages des particules les plus massives, le W, le Z, le boson de Higgs et le quark top,permettent de tester plus avant le MS, en vérifiant que les valeurs de ces paramètres suivent les relations prédites par la théorie. Une meilleure précision sur la mesure de l'angle de mélange électrofaible bénéficierait fortement à ces tests.

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

La solution proposée ici consiste à organiser une mesure simultanée de l'angle de mélange électrofaible et des densités partoniques du proton, en exploitant les distributions angulaires dans les désintégrations leptoniques des bosons Z. Cette mesure inclura une analyse de l'alignement du détecteur interne d'Atlas; une mesure de l'asymétrie de désintégration, en fonction de la masse et de la rapidité du boson Z; l'extraction de l'angle de mélange avec les données enregistrées par Atlas a 13 TeV et en utilisant cette mesure conjointement avec les résultats d’Atlas sur la masse du boson W, le Drell-Yann à haute masse et le boson de Higgs, une interprétation globale permettant de contraindre les modèles de nouvelle physique.

Développement de Picosec Micromegas pour les environnements à haut flux de particules

SL-DRF-18-0579

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-03-2018

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169083852

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/esther.ferrer-ribas/

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=5

La réponse temporelle requise dans des expériences de physique sera de l’ordre de plusieurs dizaines de

picosecondes pour des Particules au minimum d’Ionisantion (MIP) dans les conditions de l’exploitation future

du LHC à haute luminosité (HL-LHC). Dans certains cas, la haute précision temporelle doit coexister avec des

taux élevés et des conditions de forte dose. De nombreuses applications en dehors de la physique des

hautes énergies profiteraient également de cette précision, comme l’imagerie médicale.

Les Micro-Pattern Gaseous Detectors (MPGD) sont de détecteurs gazeux qui conviennent aux instruments

de grandes surfaces fonctionnant sur des environnements de haut flux de particules, mais leurs performances

temporelles intrinsèques sont limitées à quelques nanosecondes pour MIP. Afin d’atteindre l’amélioration

souhaitée de ~2 ordres de grandeur, nous avons couplé un Micromegas avec un radiateur Cerenkov (crystal

MgF2) équipé de CsI, et nous avons réduit l’écart de l’espace de dérive du détecteur à 200 microns. Les

premiers tests effectués avec un prototype à anode unique ont montré des résultats très prometteurs. La

problématique principale pour cette solution est la fragilité de la photocathode sous l’effet des rayonnements.

Nous avons l’intention d’étudier des solutions alternatives au CsI basées sur les revêtements minces

nanocristallin diamant comme photocathode, ou, basées sur des couches plus épaisses comme émetteur

secondaire (rendement de 2-3 photoélectrons par MIP requis).

Dans la cadre de la thèse proposée, le candidat retenu : a) travaillera sur le développement d’un prototype de

canaux multiples (quelques dizaines de bandes ou de pads) ; b) participera à l’élaboration des photocathodes

basées sur du diamant, avec suffisamment d’efficacité de production des photoélectrons et étudiera les

émetteurs secondaires en diamant comme alternative ; c) développera une plateforme permettant de mesurer

l’efficacité quantique de la photocathode et étudiera la performance temporelle du prototype au laser UV

femto-seconde à l’IRAMIS et au CERN avec un faisceau de muons.

Développement d’un nouvel instrument de tomographie muonique pour les applications sociétales

SL-DRF-18-0288

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

David Attié

Sébastien Procureur

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

David Attié

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

(+33)(0)1 69 08 11 14

Directeur de thèse :

Sébastien Procureur

CEA - DRF/IRFU/SPhN/CLAS

(+33)(0)1 69 08 39 22

Voir aussi : https://www.nature.com/articles/nature24647

La tomographie muonique, ou muographie, consiste à utiliser les muons cosmiques pour imager des objets en profondeur. Ces muons très énergétiques, produits dans les gerbes de particules issues de l'interaction entre le rayonnement cosmique et l'atmosphère, sont en effet capables de traverser plusieurs centaines de mètres de roche avant d’être absorbés. Les progrès considérables réalisés ces dernières années sur les détecteurs de particules (résolution spatiale, robustesse, électronique associée, etc.) ont récemment suscité un vif intérêt pour la muographie dans de très nombreuses disciplines.



Un premier prototype de télescope à muons a été réalisé et testé en 2015 en utilisant des détecteurs gazeux à micro-pistes (Micromegas) et un système breveté de multiplexage. L'année suivante, trois télescopes à muons ont été déployés autour de la Pyramide de Khéops en Egypte, démontrant leur robustesse dans des conditions extrêmes (température, poussière, etc.). Leur détection du "ScanPyramids Big Void" en combinaison des instruments Japonais situés dans la pyramide constitue une première mondiale pour des télescopes à l'extérieur.



De ces développements successifs sont apparus de forts intérêts de la part d'industriels et de scientifiques pour cette technologie. Mais à l’instar des télescopes optiques, les instruments développés actuellement sont assez directionnels et relativement peu compacts. Une alternative élégante consiste à utiliser une chambre à projection temporelle (TPC) qui permet de reconstruire les trajectoires de manière plus précise et presque isotrope.



L’objectif de cette thèse est donc de concevoir, réaliser, et tester en conditions réelles un tel instrument. L’un des enjeux majeurs concerne l’autonomie de la TPC, en particulier sa consommation en gaz, mais aussi sa stabilité de fonctionnement en extérieur. Une TPC scellée ou semi-scellée avec un système de purification du gaz, transportable, et résistante aux variations environnementales constituerait une avancée majeure à la fois en muographie mais plus généralement pour les détecteurs gazeux.



L’étudiant(e) sera ainsi amené(e) à couvrir un large spectre d’activités (conception, intégration, caractérisation de détecteurs, électronique, analyse de données, simulation, etc.) lui permettant d’acquérir des compétences dans de multiples domaines de la physique expérimentale. La taille réduite de l’équipe (environ 6 personnes) assurera également à l’étudiant(e) une grande visibilité dans son travail.

Etude de la Diffusion Compton Virtuelle à COMPASS au CERN

SL-DRF-18-0282

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

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Nicole d'Hose

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Nicole d'Hose

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 72 72

Directeur de thèse :

Nicole d'Hose

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 72 72

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

Voir aussi : http://wwwcompass.cern.ch/compass/gpd/index.html

Depuis ces dernières années la physique hadronique s’est orientée vers l’étude des distributions de partons généralisées (GPDs) qui décrivent de manière complète la structure interne du nucléon. Celles-ci combinent à la fois les informations des facteurs de forme qui donnent les distributions spatiales de densité de charge et de magnétisation mesurées en diffusion élastique et les informations des distributions de quantité de mouvement des partons (quarks et gluons) obtenues en diffusion profondément inélastique. Les GPDs donnent les corrélations entre les distributions de quantité de mouvement dans la direction longitudinale et les distributions des positions dans le plan transverse (à la collision) des constituants du nucléon. La théorie des GPDs a été développée à la fin des années 1990 et dès le début les physiciens français se sont impliqués au niveau théorique et expérimental.

La diffusion Compton virtuelle (DVCS) est un moyen idéal pour accéder aux GPDs. Des expériences DVCS complémentaires ont été initiées et menées par les physiciens français à JLab aux USA avec des électrons de 12 GeV, pour explorer la région des quarks de valence et à COMPASS au CERN avec des muons de 160 GeV pour explorer les quarks de la mer et les gluons.

Le sujet proposé concerne l’expérience auprès de la Collaboration COMPASS au CERN. Deux années de prises de données ont été réalisées en 2016 et 2017 et le sujet de cette thèse correspond à la deuxième étape ou étape finale des analyses DVCS. La réaction DVCS est lepton + proton -> lepton + proton + photon où le lepton en diffusant sur le proton échange un photon virtuel et un seul photon réel est créé dans l’état final. A COMPASS les faisceaux de muons positifs et négatifs du SPS du CERN sont utilisés et permettent d’accéder à la petite différence des sections efficaces DVCS pour les deux états de charge mu+ et mu-. Ceci nous donne des informations très importantes sur les amplitudes DVCS, sur les GPDs et sur le tenseur énergie impulsion pour mieux comprendre le confinement des quarks et gluons à l’intérieur du nucléon.

Etude des distorsions dues à la charge d’espace et au retour d’ions pour l'optimisation d'une TPC en vue de la mesure des propriétés du boson de Higgs auprès des futures expériences e+/e-

SL-DRF-18-0608

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe ILC

Saclay

Contact :

Boris TUCHMING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/ILC

01 69 08 97 78

Directeur de thèse :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/ILC

01 69 08 97 78

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

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Phocea/file.php?class=pisp&reload=1490104150&file=boris.tuchming/files/123/canavas_presentation_FCC_TPC_v1.pdf

Les prochains grands collisionneurs e+e- (linéaire ou circulaire) auront pour but l'étude fine des propriétés du boson de Higgs et la recherche de signatures de nouvelle physique. Pour tous ces sujets, le système de détection des particules chargés (trajectographe) doivent faire preuve d'une très grande stabilité et d'une très grande précision au niveau de 10^-5 GeV-1. Les chambres à projection temporelle (TPC),sont un bon candidat de trajectographe, à la fois peu dense, ce qui est favorable à la calorimétrie, et suffisamment précise. Cependant, faire fonctionner une TPC dans un environnement à grand flux de particules nécessite des précautions, car les effets des ionisations primaires et le retour des ions secondaires dans l'espace de dérive créent des distorsions sur la mesure des traces.



Le travail de thèse aura pour thème l'optimisation du trajectographe d'un futur détecteur sur collisionneur e+e-.

Il s'agira d'une part d'étudier les effets de charge d'espace dans une TPC et de les comparer aux simulations.

On exploitera un banc test comprenant une mini-TPC cylindrique (d=50cm, h=60cm) instrumentée par des pads micromegas, et d'un dispositif d'éclairage UV créant la charge d'espace. Il s'agira de faire fonctionner le dispositif, de mettre en place la chaine d'acquisition de données, d'analyser les données, de reconstruire les traces de muons cosmiques et d'étudier les performances de reconstruction en fonction de la charge d'espace. Ces résultats seront comparés aux simulations.



Ce travail aboutira naturellement à l’optimisation du concept micromegas permettant de réduire au maximum le retour des ions et à l'optimisation du dessin du futur trajectographe en vue des analyses de physique type, telles que la mesure de précision de la masse du Higgs, de la masse du W, ou la mesure du couplage de Yukawa aux muons.

Etude et construction de détecteurs Micromegas pour l'expérience sPHENIX au Brookhaven National Laboratory et simulations de la reconstruction des jets dans la chambre à projection temporelle de sPHENIX

SL-DRF-18-0321

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

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe ALICE

Saclay

Contact :

Hugo PEREIRA DA COSTA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Hugo PEREIRA DA COSTA

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169087308

Directeur de thèse :

Hugo PEREIRA DA COSTA

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169087308

La chromodynamique quantique (QCD) est la théorie des quarks et des gluons. Des calculs de QCD sur réseau prédisent qu'au delà d'une température critique Tc a lieu une transition de phase entre la matière nucléaire normale, pour laquelle les quarks et les gluons sont confinés au sein des hadrons, et un plasma de quarks et de gluons (QGP) au sein duquel ils sont déconfinés. Dans les collisions de noyaux or-or réalisées sur le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC) du Brookhaven National Laboratory (BNL) aux Etats-Unis, un QGP est formé dont la température caractéristique est de l'ordre de 1 ou 2 Tc. Dans ce régime, les quarks et les gluons, bien que déconfinés, continuent à interagir fortement, ce qui a conduit à définir le terme sQGP (s=strong), dont les propriétés sont celles d'un fluide parfait.



L'expérience sPHENIX est construite à RHIC comme remplacement de l'expérience PHENIX maintenant terminée. Son but est d'établir les caractéristiques du sQGP dans un régime complémentaire de celui étudié au LHC par les expériences ALICE, ATLAS et CMS. Le dispositif expérimental combine une reconstruction et identification précise des particules chargées au moyen d'une chambre à projection temporelle (TPC) nouvelle génération avec une calorimétrie à la fois électromagnétique et hadronique permettant la reconstruction complète des jets. Le design et la construction de sPHENIX a débuté en 2017. La première prise de données est prévue pour 2023. Entre temps, de nombreux défis aussi bien en terme de détecteurs que de software doivent être surmontés pour que l'expérience puisse atteindre les performances attendues.



Le sujet de thèse de doctorat proposé consiste en l'étude et la construction de détecteurs Micromegas pour équiper la TPC de sPHENIX. Les détecteurs doivent fournir une résolution spatiale suffisantes pour permettre la mesure de l'impulsion des particules chargées produites dans les collisions Or-Or avec précision. Par ailleurs ils doivent être conçus de façon

à minimiser la présence de charges électriques positives (ions) dans le volume de la TPC. Ces charges, lorsque trop nombreuses et compte tenu de la fréquence des collisions prévues à RHIC, peuvent en effet susciter des distorsions locales du champ électrique dans la TPC et détériorer sa capacité à reconstruire la trajectoire des particules.



Les détecteurs Micromegas sont des détecteurs gazeux à plaques parallèles constitués de deux étages: (1) un étage de dérive coïncidant avec le volume de la TPC et (2) un étage d'amplification situé entre le circuit imprimé responsable de la collecte du signal et une micro-grille. Le champ électrique présent dans l'espace d'amplification est très élevé, de

façon à ce qu'ai lieu un phénomène d'avalanche lorsqu'y pénètre un électron. Les ions chargés positifs résultant de cette avalanche sont ceux responsables de possibles distorsions du champ électrique dans la TPC. Le travail de l'étudiant(e) consistera notamment à étudier la possibilité d'ajouter une ou plusieurs micro-grilles au dessus de la micro-grille

d'amplification de façon à capturer ces ions avant qu'ils n'entrent dans l'espace de dérive. Cela nécessitera de construire et caractériser plusieurs détecteurs prototypes de taille réduite, et d'en simuler les propriétés précises en matière de distribution spatiale des charges par exemple.



De plus, l'étudiant(e) effectuera également un travail de simulation du détecteur sPHENIX portant notamment sur la reconstruction et l'identification des particules dans la TPC en présence d'éventuelles distorsions du champ électrique. Tout en travaillant sur ces simulations, l'étudiant(e) examinera également les performances du détecteur sPHENIX concernant la mesures de plusieurs observables physiques telles que la structure interne des jets, la mesure de jets provenant de saveurs lourdes et la production de bottomonium, en présence du QGP.



Notre groupe au Département de Physique Nucléaire (DPhN) au CEA/Saclay possède une expertise reconnue de façon internationale sur la physique des ions lourds et l'étude du QGP. Il a contribué de façon significative à la fois aux expériences PHENIX, à RHIC et ALICE, au LHC. Son implication dans l'expérience sPHENIX est la continuation naturelle

de ces activités. En outre, le Département d'Electronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) est le leader mondial en ce qui concerne le développement, la construction et l'exploitation de détecteurs Micromegas. L'étudiant(e) travaillera dans un environnement enrichissant constitué de scientifiques et ingénieurs provenant de ces

deux départements. Il/elle devra montrer son intérêt à la fois pour le développement et la construction de détecteurs de particules, et les simulations, orientées aussi bien vers l'analyse que la physique.

Etude precise des couplages du boson de Higgs dans son canal de desintegration en deux bosons de jauge Z avec les données du détecteur ATLAS auprès du LHC.

SL-DRF-18-0310

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Claude GUYOT

RODANTHI NIKOLAIDOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Claude GUYOT

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

01 69 08 55 74

Directeur de thèse :

RODANTHI NIKOLAIDOU

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169086157

Labo : http://irfu.cea.fr/Spp/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=3424

La partie principale de la thèse consistera en une analyse des données du run-2 (données à 13 TeV dans le centre de masse proton-proton dédiées prises entre 2015 et 2018) pour l'étude de la nature de boson de Higgs. Le projet consiste à mesurer les couplages du boson de Higgs via sa désintégration en 4 leptons (électrons ou muons) issus de la désintégration de deux bosons de jauge Z dans un régime où on s’éloigne de sa couche de masse (la masse invariante des 4 leptons est supérieure à la masse du boson de Higgs, régime dit "off-shell"), pour être finalement combiné avec les résultats correspondants obtenus à partir des mesures de couplage "on-shell" (à la masse du Higgs). Dans la pratique, notre tâche sera de mesurer la section efficace du processus pp-> ZZ-> 4l pour une large gamme de la masse invariante des 4 leptons de l’état final. Ce canal de désintégration ZZ offre la meilleure sensibilité en raison de sa signature propre avec un rapport signal sur bruit de fond excellent. De nouvelles interactions au-delà du modèle standard affecteraient à la fois le taux et les distributions différentielles de l'état final 4-leptons. La comparaison entre les sections efficaces de production on-shell et off-shell permet ainsi de mettre une limite supérieure sur la largeur totale du boson de Higgs via les effets d’interférence quantique entre les différents modes de production des paires ZZ à haute masse invariante. Cette largeur totale serait directement affectée par des couplages non standard à certaines particules du modèle standard ou par la présence de canaux de désintégration vers de nouvelles particules au-delà du modèle standard.

L'analyse sera effectuée en classant les événements par rapport au nombre de jets produits en association avec le système des 4 leptons (ZZ + n-jets) pour distinguer entre les différents modes de production du boson de Higgs.



Une deuxième partie de cette thèse sera consacrée à la compréhension, l’analyse et l'exploitation de détecteurs gazeux de type MicroMegas. Des détecteurs de ce type vont remplacer une partie du spectromètre à muons d'ATLAS et être opérationnels pour le redémarrage du LHC en 2021.

L’IRFU est un des sites de construction de ce type de détecteur. L’étudiant(e) participera aux tests de fonctionnement des modules une fois arrivés au CERN après leur construction à Saclay.

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

SL-DRF-18-0234

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Neutrinos-accélérateurs

Saclay

Contact :

Sara Bolognesi

Marco ZITO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Sara Bolognesi

CEA - DRF/IRFU/SPP/TK2

0169081461

Directeur de thèse :

Marco ZITO

CEA - DRF/IRFU/SPP/TK2

0169083819

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

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=2032

Voir aussi : http://t2k-experiment.org/

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

L’expérience T2K (Tokai to Kamioka), située au Japon, étudie les oscillations des neutrinos avec un faisceau de neutrinos produits par l'accélératuer de JPARC. La collaboration T2K mesure l'oscillation en comparant la saveur des neutrinos produits tout près de l’accélérateur, mesurés avec le détecteur proche (ND280), et la saveur des neutrinos après un voyage de 295 km, mesurés avec le détecteur lointain (Super-Kamiokande) placé sur la côte opposée du Japon. Les équipes de l'IRFU ont fortement contribué à la construction du détecteur proche, dont le dispositif principal est un ensemble de trois grandes chambres à projection temporelle basées sur la technologie Micromegas. La comparaison entre l'oscillation des neutrinos et celle des antineutrinos permets de mesurer un paramètre encore inconnu : la phase qui paramétrise la violation de la symétrie charge-parité (CP). Cette violation pourrait jouer un rôle fondamental dans l'explication de l'asymétrie matière-antimatière dans l’Univers. La mesure par T2K à l'été 2017 permets d'exclure la conservation de CP avec un niveau de confiance de 95 %. La prise de données par T2K continue et pourrait permettre dans les années à venir des avancées significatives, avec une nouvelle phase à haute puissance entre 2021 et 2025 (T2K-2).

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

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

Modélisation des spectres antineutrino de réacteur

SL-DRF-18-0251

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Double Chooz

Saclay

Contact :

Matthieu Vivier

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Matthieu Vivier

CEA - DRF/IRFU/SPP/

0169086626

Directeur de thèse :

Matthieu Vivier

CEA - DRF/IRFU/SPP/

0169086626

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

Les antineutrinos de réacteurs ont depuis leur découverte en 1956 joué un rôle prépondérant dans la compréhension des propriétés fondamentales du neutrino. Les neutrinos sont des particules élémentaires qui existent sous la forme de trois saveurs et qui possèdent la propriété de pouvoir en changer, phénomène connu sous le nom d’oscillation des neutrinos. Les centrales nucléaires utilisées pour la production d’électricité sont des sources intenses d'antineutrinos, et offrent ainsi un moyen très efficace d'étudier ce phénomène lorsque l’on place un ou plusieurs détecteurs à proximité.

Les antineutrinos de réacteur sont émis par désintégration beta moins des produits issus de la fission du combustible nucléaire (235U, 238U, 239Pu, 241Pu). Le spectre antineutrino émis par un cœur de réacteur résulte ainsi de la superposition de milliers de branches beta. En 2011, les équipes du CEA/Irfu ont réévalué les spectres antineutrinos émis par ces derniers pour les besoins de l'expérience Double Chooz qui étudie l'oscillation des neutrinos. Suite à cette réévaluation, une première étude a démontré l’existence d’un déficit systématique du nombre d’antineutrinos détectés par rapport à celui attendu dans une vingtaine d’expériences situées à moins de 100 m d’un réacteur : c’est l’anomalie des antineutrinos de réacteur. D’autre part, les dernières mesures des spectres en énergie des antineutrinos émis révèlent aussi un désaccord de forme par rapport aux prédictions. Pour finir, il semblerait aussi que l'évolution des flux mesurés en fonction de la composition isotopique des coeurs soient en désaccord avec les prédictions. L'ensemble de ces faits expérimentaux pousse ainsi la communauté scientifique à questionner certaines hypothèses faites dans la modélisation des spectres antineutrinos de réacteur, notamment celles utilisées pour modéliser les branches beta.

Le travail proposé dans cette thèse consiste à réviser et affiner le calcul des spectres antineutrinos de réacteur. Ce travail se fera au sein de l'équipe du projet NENuFAR (New Evaluation of Neutrino Fluxes At Reactors), projet soutenu et financé par la direction des programmes transverses du CEA. Le doctorant devra en particulier développer et optimiser des outils de calcul performants pour la modélisation des branches beta. Il aura à évaluer précisément l'ensemble des corrections électromagnétiques et atomiques à la théorie de Fermi de la désintégration beta, ainsi qu'à traiter correctement la modélisation des transitions interdites. L'objectif final de la thèse sera ainsi de proposer une nouvelle prédiction de référence des spectres antineutrinos de réacteurs et de mieux comprendre l’origine des désaccords expérimentaux mentionnés précédemment. Le travail accompli sera d'autre part mis à profit pour étendre les prédictions au domaine des basses énergies (E < 1.8 MeV). Ce second objectif est notamment d’un grand intérêt pour l’étude du processus de diffusion cohérente des neutrinos sur noyaux.

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

SL-DRF-18-0303

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Frédéric DELIOT

Henri BACHACOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Frédéric DELIOT

CEA - DRF/IRFU/SPP

0169086628

Directeur de thèse :

Henri BACHACOU

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

+41227675650

Labo : irfu.cea.fr/Spp

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

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



Après deux années d'arrêt, le LHC a redémarré en 2015 avec une luminosité accrue et une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Une luminosité intégrée de plus de 120 fb-1 est attendue d'ici à la fin de 2018. Avec les données de l'expérience ATLAS on s'attend à pouvoir observer le processus ttH et en mesurer sa section efficace. Le doctorant jouera un rôle majeur dans cette mesure.



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

Recherche de nouvelle physique dans le secteur des neutrinos à basse énergie

SL-DRF-18-0246

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Double Chooz

Saclay

Contact :

Matthieu Vivier

Thierry Lasserre

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Matthieu Vivier

CEA - DRF/IRFU/SPP/

0169086626

Directeur de thèse :

Thierry Lasserre

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169083649

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

Le modèle standard de la physique des particules, décrivant les particules élémentaires et leurs interactions, est un des grands succès de la physique moderne tant ses prédictions ont pu être vérifiées et rarement mises en défaut. Dans ce modèle, les neutrinos sont des particules élémentaires de charge nulle et sans masse, et existent sous la forme de trois saveurs. Cependant, le phénomène d’oscillation des neutrinos confirmé en 1998 et 2003 par les expériences Super Kamiokande et SNO est la preuve que les neutrinos sont massifs et que le modèle standard est de ce fait incomplet. En particulier, de la nouvelle physique est nécessaire pour expliquer comment les neutrinos acquièrent leur masse et pourquoi ils sont bien plus légers que les autres particules élémentaires. Diverses extensions du modèle standard, ajoutant des partenaires dits « stériles » aux neutrinos actifs connus, ont ainsi été proposées en ce sens et peuvent aussi prédire l’existence de nouveaux types de couplage pour le neutrino (appelés interactions non-standard). Outre le phénomène d'oscillation des neutrinos, une possible autre indication de nouvelle physique pouvant donner un intérêt à ce type de modèles a été fournie plus récemment par l’anomalie des antineutrinos de réacteurs, qui est un déficit systématique des taux d’antineutrinos détectés par rapport à ceux attendus dans une vingtaine d’expériences placées à moins de 100 m d’un réacteur nucléaire. Ce déficit pourrait s’expliquer par un nouveau mode d’oscillation des neutrinos actifs vers un neutrino stérile dont l’échelle de masse serait de l’ordre de l’eV.

Le travail proposé dans cette thèse s’articule autour de deux axes : recherche d'états stériles légers et recherche d’interactions non-standard dans le secteur des neutrinos. Ces recherches se feront dans un premier temps dans le cadre de l'expérience CeSOX qui va démarrer au printemps 2018. L’expérience CeSOX, fruit d'une collaboration internationale d’ingénieurs et de physiciens, consiste à déployer une source intense de 144Ce au voisinage du détecteur Borexino situé au laboratoire national du Gran Sasso en Italie. Le doctorant participera à l’analyse des données récoltées par le détecteur afin de chercher une modulation du taux d’antineutrinos détectés en fonction de la distance et de l’énergie, signature incontestable de l'existence de neutrinos stériles légers. Dans un second temps, le doctorant participera aux études du potentiel d'une nouvelle expérience sur la centrale nucléaire de Chooz, basée sur la diffusion cohérente des neutrinos sur noyaux, pour rechercher des neutrinos stériles et des interactions non-standard.

Recherche de particules de matière noire dans les états finals à deux jets et une grande énergie transverse manquante avec le détecteur ATLAS auprès du LHC

SL-DRF-18-0576

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas

Saclay

Contact :

Samira Hassani

Claude GUYOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Samira Hassani

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169087226

Directeur de thèse :

Claude GUYOT

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

01 69 08 55 74

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

Après la découverte du boson de Higgs au run I du LHC, un des enjeux majeurs des prises de données présentes et à venir est la mesure précise de ses couplages avec les particules du Modèle Standard pour éventuellement fournir des indications sur l’existence de particules non incluses dans le modèle Standard. Dans cette thèse, on s'intéressera au cas où la désintégration du Higgs de masse mH ~ 125 GeV s'effectue dans une paire de particules « invisibles » (sans interaction avec la matière du détecteur). Dans certains modèles théoriques, cette particule invisible, qui ne se couple qu'au boson de Higgs, fournirait un candidat pour expliquer la matière noire de l'Univers. Au LHC, la recherche d'un tel mode de désintégration peut s’effectuer, par exemple, à travers l'étude de la production associée VH ou V (=Z ou W) est un boson vecteur de l’interaction faible ou dans le mode de production du Boson de Higgs appelé « Vector Boson Fusion » (VBF). Les modes VH, avec le boson vecteur V se désintégrant en une paire quark-antiquark, et VBF conduisent à des états finals avec deux jets énergétiques et une grande énergie transverse manquante. On s’intéressera aussi au cas V=Z où le Z se désintègrerait en 2 leptons chargés qui conduit à un état final très pur même en présence d’un empilement de collisions proton-proton important.

Le travail de thèse portera sur l’amélioration de l’analyse de ces canaux, déjà effectuées au run1 et avec les premières données du run 2 par la collaboration ATLAS, en faisant appel à des méthodes d’analyse multivariée et de « Machine Learning » pour optimiser la mesure de l’énergie transverse manquante et la rejection du bruit de fond en présence d’un empilement de collisions importants et en utilisant toutes les données du run 2 collectées à 13 TeV entre 2015 et 2018.

Cette thèse comportera également un volet « développement de détecteurs » avec la participation au développement et aux tests de capteurs silicium rapides pour équiper un détecteur d’identification des muons vers l’avant qui devrait être installé dans ATLAS vers 2025 pour la montée en luminosité du LHC.

Recherche du boson de Higgs se désintégrant en deux photons en production associée à une paire de quarks top dans l'expérience CMS.

SL-DRF-18-0279

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe CMS

Saclay

Contact :

Julie Malcles

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Julie Malcles

CEA - DRF/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 86 83

Directeur de thèse :

Julie Malcles

CEA - DRF/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 86 83

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=1424

Voir aussi : https://cms.cern/

Les expériences ATLAS et CMS du LHC au CERN ont découvert en 2012 l'existence d'un nouveau boson compatible avec le boson de Higgs prédit par le Modèle Standard de la physique des particules. La mesure des propriétés de ce boson H est aujourd'hui un des enjeux majeurs du LHC. Une mesure de la production de ce boson en association avec une paire de quarks top (ttH) permettrait d'accéder au couplage de Yukawa du boson de Higgs au quark top, paramètre fondamental du Modèle Standard (MS) de la physique des particules. Le quark top étant la particule la plus massive du MS, ce couplage pourrait jouer un rôle spécial dans le mécanisme de brisure de symétrie électrofaible. Sa mesure est donc l'une des mesures les plus intéressantes à mener au LHC aujourd'hui. Le processus ttH étant très rare, cette mesure est difficile. Un excès à trois déviations standard devrait être observable au LHC dans le canal en deux photons, avec la centaine d'inverse femtobarn qui sera disponible pour cette thèse. En combinant plusieurs canaux, une toute première observation de la production ttH devrait être possible durant cette thèse. Le canal diphoton sera un des éléments clés de cette combinaison, et à terme sera le canal le plus sensible pour cette mesure. C'est donc le parfait moment pour travailler sur ce sujet. Le groupe CMS de Saclay possède une grande expertise dans la mesure de l'énergie des photons et est un des auteurs principaux de l'analyse du canal en deux photons à 13 TeV, en particulier pour la production associée ttH. L'étudiant sera ainsi encadré par une équipe possédant l'expertise et les outils nécessaires.

Vers un detecteur pixel à haute resolution spatiale pour l'identification de particules: contribution de nouveaux détecteurs à la physique

SL-DRF-18-0701

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

Paul COLAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Nicolas FOURCHES

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169086164

Directeur de thèse :

Paul COLAS

CEA - DSM/IRFU/SPP/ILC

0169086155

Voir aussi : https://doi.org/10.1109/TED.2017.2670681

Les expériences de physique des particules sur les futurs collisionneurs linéaires à e-e+ nécessitent des progrès dans la résolution spatiale des détecteurs de vertex (jusqu’au micron), ceci afin de déterminer précisément les vertex primaires et secondaires pour des particules à dont la l’impulsion transverse est grande.Ce type de détecteur est positionné au plus près du point d'interaction.Ceci nous donnera l’opportunité de faire des mesures précises de durée de particules à durée assez courtes comme le quark b (b-tagging) et les taus. Les recherches sur les dimensions supplémentaires bénéficieront d’un tel détecteur. Les technologies nécessaires à la mise en œuvre de ces détecteurs doivent être étudiées de manière plus approfondie et, dans un délai limité, conduire à un prototype sur lequel les principales caractéristiques peuvent être évaluées. De telles technologies (TRAMOS, DOTPIX) sont sur le point de donner une avancée significative à la détection de vertex et les efforts dans ce sens devraient être poursuivis. Le domaine de la physique que ces détecteurs ouvrent devra être passé en revue et développé. En particulier ce type de détecteur ouvre la possibilité de détection directe de particules de durée de vie de l'ordre de la ps. Cela nécessite une couche de pixels proche du point d'interaction pour une détection directe. Ces détecteurs devront être utilisés de préférence sur les collisionneurs e+e- où le bruit de fond hadronique est plus faible.

Dopage contrôlé de supraconducteur pour les futurs accélérateurs de particules.

SL-DRF-18-0536

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

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

Laboratoire d’Intégration et Développement des Cavités et Cryomodules (LIDC2)

Saclay

Contact :

thomas proslier

Claire ANTOINE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

thomas proslier

CEA - DRF/IRFU/SACM/LIDC2

0169088711

Directeur de thèse :

Claire ANTOINE

CEA - DSM/IRFU/SACM/LIDC2

+33 169 08 73 28

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

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

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

Corrélations de courte portée dans les noyaux exotiques

SL-DRF-18-0339

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Anna CORSI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Anna CORSI

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 7554

Directeur de thèse :

Anna CORSI

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 7554

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/acorsi/

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=487

Le noyau atomique est un système quantique de fermions corrélés, les protons et les neutrons. Ceux-ci peuvent s’apparier à très courte distance (~1 fm, bien inférieure à leur distance moyenne), où l’interaction nucléaire devient fortement répulsive et est moins bien connue. Ces configurations, dites corrélations de courte portée, nous donnent une occasion unique pour étudier ce régime en laboratoire, d’autant plus qu’il est particulièrement critique car à la transition entre une description du noyau en termes de protons/neutrons et de quarks/gluons. Des mesures pour caractériser les corrélations de courte portée ont été effectuées dans les noyaux stables, mais la technique de mesure utilisée actuellement ne permet pas d’étudier les noyaux instables, où le déséquilibre entre neutrons et protons peut affecter ces corrélations. Une nouvelle technique qui consiste à envoyer le noyau à étudier sur une cible de proton est envisagé.

Le/la candidat(e) analysera des données issues de la première expérience de test avec des faisceaux stables, qui sera effectuée à l’institut JINR de Dubna (Russie) au printemps 2018. Il/Elle sera ensuite fortement impliqué(e) dans la préparation et la réalisation du programme porté par le groupe avec des faisceaux radioactifs produits par l'accélérateur de GSI (Allemagne) et une cible d’hydrogène liquide que nous développons actuellement grâce à un financement de l’ANR.

Parallèlement au programme expérimental, il/elle effectuera des simulations pour définir un nouveau système de détection basé sur le « tracking » des particules chargées dans un champ magnétique. Ce système permettra d’augmenter l’acceptance pour l’identification et la mesure du moment de ces particules lors des expériences futures à GSI(Allemagne).

L’analyse des données et les simulations seront effectuées à l’aide des logiciels ROOT et Geant4, respectivement, basés sur le langage de programmation C++ et employés de routine en physique nucléaire et subnucléaire. La thèse se déroulera au CEA Saclay en collaboration étroite avec MIT (USA) et TU Darmstadt (Allemagne). Un séjour de longue durée à Darmstadt est envisagé.

DÉVELOPPEMENT DU DÉTECTEUR MUON FORWARD TRACKER (MFT) D’ALICE

SL-DRF-18-0342

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe ALICE

Saclay

Contact :

Stefano PANEBIANCO

Alberto Baldisseri

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Stefano PANEBIANCO

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

0169087357

Directeur de thèse :

Alberto Baldisseri

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169089333

L’expérience ALICE du CERN, qui étudie le Plasma de Quarks et de Gluons, a un ambitieux programme d’améliorations pour les futurs Run 3 et 4. En particulier, le rajout du Muon Forward Tracker (MFT), un détecteur de particules chargées situé près de l’endroit où les faisceaux du LHC rentrent en collision, juste devant le spectromètre à muons. Le MFT consiste en 5 plans de détection en silicium. La technologie CMOS, qui est la technologie la plus avancée actuellement pour des détecteurs de vertex, a été choisie pour fabriquer le MFT. L’IRFU a une expertise précieuse dans ce type de technologie et contribue de manière forte à la conception et à la réalisation de ce nouveau détecteur.

Le travail du doctorant consistera à participer à toutes les phases de production, qualification et validation du nouveau détecteur MFT. En particulier, il/elle aura un rôle clé dans l’études des circuits hybrides intégrant les capteurs CMOS qui constituent les disques. Il/elle jouera un rôle moteur dans le commissioning du détecteur et dans l'analyse de ses premières données. La simulation des performances de l’appareillage pour les différents signaux de physique sera fondamentale pour améliorer la description de la géométrie dans la simulation Montecarlo et caractériser les performances du système lors du commissioning. Il s’agira ensuite d’étudier plus en détails un canal de physique par l’analyse des données en cours d’acquisition, ce qui lui permettra de mettre en évidence les améliorations que le MFT pourra apporter dans le futur.

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

SL-DRF-18-0285

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Wolfram KORTEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Wolfram KORTEN

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

+33169084272

Directeur de thèse :

Wolfram KORTEN

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

+33169084272

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

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

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

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

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

Pour le projet de thèse, une expérience d'excitation Coulombienne visant le noyau 100Zr est prévu. Cet isotope est positionné à N=60, à la charnière où la coexistence de forme se développe. La 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 2018 ou debut 2019. 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.

Forme des noyaux et population des fragments de fission

SL-DRF-18-0167

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe MNM

Saclay

Contact :

Thomas MATERNA

Frank GUNSING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Thomas MATERNA

CEA - DSM/IRFU/SPhN/MNM

0169084091

Directeur de thèse :

Frank GUNSING

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 75 23

Labo : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=186&id_unit=7&id_groupe=498

Voir aussi : https://www.ill.eu/fr/instruments-support/instruments-groups/instruments/fipps/description/a-view-of-the-instrument-housing/

Parmi les noyaux produits par la réaction de fission nucléaire, certains le sont sous plusieurs formes (sphérique ou déformée). Cette coexistence de formes dans le même noyau pourrait être le reflet de différents modes de fission. L’objet de la thèse est d’étudier la production de ces noyaux et de leurs formes lors de la fission thermique de l’233U avec le tout nouveau spectromètre FIPPS installé auprès du réacteur à haut flux de Grenoble. La campagne expérimentale est prévue en tout début de thèse. Le travail consistera en premier lieu dans la préparation de l’expérience avec éventuellement une partie de tests de ce nouvel instrument puis la prise de donnée proprement dite. Une partie importante de la thèse sera consacrée à l’analyse des données avec des codes existants et développés dans notre labo à l’IRFU ou encore à l’Institut Laue Langevin de Grenoble. L’interprétation des résultats se fera à l’aide d’un code de désexcitation des fragments développé au CEA Cadarache et de modèles récents du processus de fission nucléaire. Le but à terme est de mieux comprendre l’influence de la structure nucléaire et des déformations qui en découlent sur le processus de fission. Cette thèse s’inscrit dans une étude plus générale de la réaction de fission, via les rayons gamma prompts émis par les fragments, menée par notre laboratoire à l’IRFU en collaboration avec l’Institut Laue-Langevin de Grenoble et le SPRC du CEA Cadarache. Une partie de la thèse sera effectuée sur le site du réacteur de recherche de Grenoble.

La découverte des nouveaux éléments superlourds : développement et mise en œuvre de nouveaux outils

SL-DRF-18-0262

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Barbara Sulignano

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Barbara Sulignano

CEA - DSM/IRFU/SPhN/LENA

0169 08 42 27

Directeur de thèse :

Barbara Sulignano

CEA - DSM/IRFU/SPhN/LENA

0169 08 42 27

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=3404

La chasse aux éléments super lourds est l'un des sujets les plus passionnants et actifs de ces dernières années et a déjà produit de nouveaux éléments tels que 113, 115, 117 et 118. Tous ces noyaux peuvent être produits par des réactions de fusion-évaporation. Cependant, leurs études sont fortement entravées par les taux de production extrêmement bas, d'où une information expérimentale dans cette région très parcellaire. Les faisceaux stables à haute intensité de l'accélérateur linéaire supraconducteur de l'installation SPIRAL2 au GANIL couplés au spectromètre à séparateur super (S3) et un spectromètre à plan focal à haute performance (SIRIUS) ouvriront de nouveaux horizons pour cette recherche .

Le candidat travaillera sur le test complet de l'ensemble du détecteur au plan focal (SIRIUS), plus précisément sur le test et la caractérisation du détecteur de silicium double face (DSSD) ainsi que sur l'électronique frontale associée (FPCSA). L'étudiant participera activement aux tests finaux de l'ensemble du détecteur SIRIUS à effectuer au GANIL.

L'étudiant participera également aux activités scientifiques du groupe ayant pour objectif principal l'étude de la structure nucléaire dans les éléments lourds avec VAMOS GAS-FILLED au GANIL. En effet, dans un futur proche nous proposerons une vaste campagne de physique visant à étudier, par spectroscopie gamma prompte et désintégration, des éléments très lourds de l'Uranium au Rf (Z = 104).

Production de quarkonia dans les collisions plomb-plomb au LHC avec ALICE

SL-DRF-18-0407

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe ALICE

Saclay

Contact :

Javier CASTILLO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Javier CASTILLO

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169087255

Directeur de thèse :

Javier CASTILLO

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169087255

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

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

Quelques micro-secondes après le Big Bang l’Univers se trouvait dans un état de plasma de quarks et de gluons (QGP). Cet état, prédit par la Chromodynamique Quantique, la théorie de l’interaction forte, est atteint pour des températures ou des densités d’énergie très élevées. Ces conditions sont réunies dans les collisions d’ions lourds ultra-relativistes au LHC au CERN. L’étude de la production des quarkonia, états liés de quarks lourds (charme c-cbar ou beauté b-bbar), est particulièrement pertinente pour comprendre les propriétés du QGP. Les quarkonia sont des particules rares et lourdes produites aux premiers instants de la collision, avant même la formation du QGP. Ceci en fait des sondes idéales du QGP. En le traversant, la paire quark/anti-quark serait écrantée par les nombreux quarks et gluons du QGP (suppression des quarkonia par écrantage de couleur). Les différents états quarkonia ayant différentes énergies de liaison, la probabilité de dissociation de chaque état sera différente, on parle alors de suppression séquentielle. Au LHC, les Upsilon (b-bbar) et les J/psi (c-cbar) sont complémentaires, les premiers seraient plus aptes pour étudier la suppression séquentielle, alors que les seconds permettraient d’étudier d'éventuels mécanismes de régénération (création de quarkonia par recombinaison de quarks du QGP).

Notre équipe est composée de 6 physiciens permanents, un doctorant et d’une dizaine d’ingénieurs et techniciens. Le groupe de Saclay a d’importantes responsabilités dans la collaboration ALICE, dont la coordination des analyses quarkonia, et est très reconnu pour ses nombreuses contributions dans des domaines variés: détecteurs, logiciel, analyse, etc.

Nous proposons d’étudier la production des quarkonia dans les collisions Pb-Pb aux énergies du LHC. Les quarkonia seront mesurés via leur décroissance en deux muons, lesquels seront reconstruits avec le spectromètre à muons d’ALICE.

Depuis 2015, le LHC fonctionne à une énergie presque double que celle du run 1. En 2015, ALICE a accumulé trois fois plus de données Pb-Pb que lors du run 1 et fin 2018 une nouvelle prise de données Pb-Pb devrait encore au moins doubler la statistique disponible. Ceci permettra à l’étudiant de réaliser une analyse détaillée de la production des différents états quarkonia. L’étudiant participera aussi aux efforts de notre laboratoire sur le programme d'upgrade du spectromètre à muons pendant le long shutdown 2 en vue des runs 3 et 4 du LHC.

 

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