Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 30-06-2016

78 sujets IRFU

• Astroparticules

• Astrophysique

• Electromagnétisme - Electrotechnique

• Electronique et microélectronique - Optoélectronique

• Energie, thermique, combustion, écoulements

• Instrumentation

• Interactions rayonnement-matière

• Mathématiques - Analyse numérique - Simulation

• Optique - Optique laser - Optique appliquée

• Physique nucléaire

• Physique des accélérateurs

• Physique des particules

• Physique des plasmas et interactions laser-matière

• Physique nucléaire

78 réponse(s)

Contraintes sur le modèle de gravité modifiée du Galiléon à l'aide de la mesure du taux de croissance des structures dérivée des observations du spectrographe eBOSS

SL-DSM-16-0122

Domaine de recherche : Astroparticules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Bao

Saclay

Contact :

Vanina RUHLMANN-KLEIDER

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

Contact :

Vanina RUHLMANN-KLEIDER

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 61 57

Directeur de thèse :

Vanina RUHLMANN-KLEIDER

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 61 57

L’accélération tardive de l’expansion de l’Univers, mise en évidence à la fin des années 90 et confirmée depuis par les mesures cosmologiques toujours plus précises, reste inexpliquée. La modification de la relativité générale aux échelles cosmologiques offre une piste intéressante. Le modèle du Galiléon est l’un des rares modèles de gravité modifiée viables théoriquement. De plus, il offre une description des mesures actuelles en aussi bon accord que le modèle de la constante cosmologique. Récemment, la mesure du taux de croissance des structures est apparue comme un moyen unique et plus direct de tester des déviations éventuelles par rapport à la relativité générale, puisque la gravité est le moteur de la formation des grandes structures de l’Univers. Cette thèse propose de confronter le modèle du Galiléon aux mesures du taux de croissance des structures dérivées des observations du spectrographe eBOSS (2014-2018). Celles-ci permettront de mesurer le taux de croissance dans une gamme de décalage spectral de 0.6 à 2.4, largement inexplorée jusqu’à présent. Le candidat pour cette thèse doit être animé d’une solide formation en cosmologie et d’une forte motivation à travailler à la fois sur les aspects d’analyse de données et de phénoménologie. Une très bonne maîtrise des langages informatiques et des techniques statistiques sera un atout.
Etude du Centre Galactique et recherche de matière noire avec le télescope gamma H.E.S.S. 2

SL-DSM-16-0005

Domaine de recherche : Astroparticules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe HESS 2

Saclay

Contact :

Emmanuel MOULIN

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

Contact :

Emmanuel MOULIN

CEA - DSM/IRFU/SPP/HESS 2

01 69 08 29 60

Directeur de thèse :

Emmanuel MOULIN

CEA - DSM/IRFU/SPP/HESS 2

01 69 08 29 60

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Spp/Phocea/Pisp/index.php?nom=emmanuel.moulin

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Spp/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=1025

Voir aussi : https://hess-confluence.desy.de/

De nombreuses sondes cosmologiques et astrophysiques suggèrent que 85% de la matière dans l'Univers est d'origine inconnue. Cette matière noire, de nature non baryonique, serait constituée de particules non encore découvertes dont les candidats privilégiés seraient des particules massives interagissant faiblement (WIMPs) avec la matière ordinaire: leurs masse et couplage typiques de l'échelle électrofaible leur confèrent une densité relique qui correspond à la densité de matière noire froide mesurée dans l'Univers.



Des particules de matière noire peuvent s'annihiler en particules du Modèle Standard de la physique des particules dans les régions denses de l'Univers. Parmi les produits d'annihilations se trouvent les photons. La détection de photons de hautes énergies (>100 GeV) par des télescopes au sol à effet Tcherenkov pourrait permettre de sonder la nature de la matière noire. De nombreux objets astrophysiques où la densité de matière noire se trouve augmentée, sont des cibles privilégiées. Parmi elles se trouvent la région du Centre Galactique, les galaxies naines du Groupe Local, les amas de galaxies et les surdensités de matière noire peuplant le halo Galactique.



L'expérience H.E.S.S. composée de quatre télescopes Tcherenkov de 12 m de diamètre observe ces objets en rayons gamma au-delà de 100 GeV jusqu'à plusieurs dizaines de TeV. Les observations du Centre Galactique avec H.E.S.S. 1 ont permis de produire les contraintes les plus fortes sur la section efficace d'annihilation de particules de matière noire dans la plage en masse du TeV et permettent de commencer à sonder les régions pertinentes de l'espace de paramètres des modèles de matière noire.



La sensibilité du réseau de télescopes H.E.S.S. a permis l'observation en rayons gamma la plus détaillée à ce jour des quelques 100 parsecs centraux de la Voie Lactée dans le régime des très hautes énergies. Ces observations sont un outil précieux pour comprendre l'origine du rayonnement cosmique galactique, et en particulier les processus d'accélération et de propagation de rayons cosmiques à l'oeuvre dans l'environnement proche du Centre Galactique. Une source centrale, HESS J1745-290, coïncidente en position avec le trou noir supermassif Sgr A*, a été détectée. La nature de l'émission centrale est encore incertaine, différents mécanismes sont proposés pour contribuer à l'émission détectée parmi lesquels l’accélération de protons dans l'environnement proche du trou noir, l'accélération d'électrons au TeV par la nébuleuse à vent de pulsars G359.95-0.04, et l'annihilation de particules de matière noire. L'émission diffuse détectée par H.E.S.S. révèle la présence d'un accélérateur de rayons cosmiques hadroniques dans la région du Centre Galactique jusqu'à des énergies de l'ordre du PeV. Cet accélérateur serait relié au trou noir supermassif et pourrait fournir une contribution substantielle aux rayons cosmiques galactiques au à l'échelle du PeV dont aucun accélérateur n'était identifié jusqu'à ce jour.



La phase 2 de H.E.S.S. avec l’ajout d’un télescope d'un diamètre de 28 m au centre du réseau existant complète le dispositif pour abaisser le seuil en énergie à quelques dizaines de GeV. Les observations de la région du Centre Galactique avec H.E.S.S. 2 fournissent des informations cruciales sur les phénomènes astrophysiques à l’œuvre dans cette région jusqu'à des énergies de quelques dizaines de GeV et un gain significatif en sensibilité dans la plage en énergie du TeV. Les observations de cette région avec H.E.S.S. 2 sont cruciales. Elles permettront de caractériser en profondeur l'accélérateur de rayons cosmiques hadroniques au centre de notre galaxie, première source détectée dans le contexte de l'origine du rayonnement cosmique galactique au PeV. D'autre part, ces observations permettront avec une sensibilité inégalée de rechercher des signaux de matière noire dans cette region privilégiée et de sonder le paradigme des WIMPs à l'échelle du TeV.
Etudes multi-messager sur l'origine des rayons cosmiques avec H.E.S.S.

SL-DSM-16-0200

Domaine de recherche : Astroparticules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe HESS 2

Saclay

Contact :

Fabian Schussler

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

Contact :

Fabian Schussler

CEA - DSM/IRFU

+33169083020

Directeur de thèse :

Fabian Schussler

CEA - DSM/IRFU

+33169083020

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Pisp/fabian.schussler/index.html

Voir aussi : http://irfu-i.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=28

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

Le sujet de thèse proposé va (pour la toute première fois) combiner les données de plusieurs messagers de l'univers violent en temps réel. Le but sera d'observer une source de rayons gamma de haute énergie variable avec les observatoires H.E.S.S. et CTA rapidement après la détection d'un neutrino de haute énergie par un télescope de neutrino comme IceCube. Ces observations vont permettre de prouver l'existence des accélérateurs de rayons cosmiques.
Tests et caractérisation d’un prototype de caméra pour l’astronomie des hautes énergies

SL-DSM-16-0421

Domaine de recherche : Astroparticules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe HESS 2

Saclay

Contact :

Jean-François Glicenstein

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

Contact :

Jean-François Glicenstein

CEA - DSM/IRFU/SPP/HESS 2

0169089814

Directeur de thèse :

Jean-François Glicenstein

CEA - DSM/IRFU/SPP/HESS 2

0169089814

L’astronomie des très hautes énergies observe le ciel au dessus de 50 GeV. C'est une branche de l’astronomie relativement récente (moins de 30 ans). Après les succès du réseau d’imageurs H.E.S.S. dans les années 2000, il est prévu de construire un observatoire international, le Cherenkov Telescope Array (CTA). Cet observatoire, dont la construction doit démarrer en 2017, comportera deux sites équipés d’une cinquantaine de télescopes. L’IRFU est impliqué, en partenariat avec le CNRS et des partenaires espagnols et allemands dans la construction d’une caméra destinée à équiper les télescopes « moyens » (MST) de CTA, la NectarCAM. Une mini-caméra, prototype de NectarCAM, est en cours d’installation à l’IRFU. Après la réalisation de tests extensifs qui doivent montrer que la NectarCAM est capable de réaliser les performances requises, des observations astronomiques sont prévues sur l’un des sites candidats de CTA. Ces observations permettront de valider entièrement le fonctionnement de la caméra. Le sujet de la thèse comprend les tests en chambre noire de la mini-caméra, puis la préparation et l'analyse des observations astronomiques avec le prototype de NectarCAM sur le site de CTA.
Variabilité temporelle de l’émission des trous noirs avec H.E.S.S.

SL-DSM-16-0424

Domaine de recherche : Astroparticules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe HESS 2

Saclay

Contact :

Jean-François Glicenstein

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

Contact :

Jean-François Glicenstein

CEA - DSM/IRFU/SPP/HESS 2

0169089814

Directeur de thèse :

Jean-François Glicenstein

CEA - DSM/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 d’étudier la structure des trous noirs, ou de leur environnement en étudiant la variabilité temporelle du signal détecté. Plusieurs types de sources seront analysés. SgrA*, le trou noir du Centre Galactique pourrait être variable avec des échelles de temps de quelques minutes à quelques mois.

La détection d’un variabilité dans le domaine des très hautes énergies donnerait une contrainte extrêmement forte sur l’origine et la nature de l’émission de particules de haute énergie par ce trou noir. L’étude de lentilles gravitationnelles telles que PKS1830-211 permet de contraindre de manière très précise l’origine de l’émission à haute énergie ainsi que les modèles d’absorption par le fond cosmique infrarouge. Des signaux variables avec des échelles de temps de l’ordre de la seconde ou de quelques minutes peuvent également être des signatures de trous noirs plus exotiques (primordiaux et de masses intermédiaires) et seront recherchés dans les données de H.E.S.S.

Analyse cosmologique du survey d‘amas de galaxies XXL

SL-DSM-16-0555

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Marguerite PIERRE

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

Contact :

Marguerite PIERRE

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Directeur de thèse :

Marguerite PIERRE

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=972

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

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).

La thèse se situe dans le cadre du projet XXL qui est le plus grand survey extragalactique réalisé par XMM (50 deg2), l’observatoire de ESA opérant dans le domaine des rayons X. Le but ultime du projet est de contraindre l’équation d’état de l’énergie noire à l’aide des quelque 500 amas de galaxies nouvellement découverts dans le survey. En plus de la bande X, il existe des observations dans de nombreuses longueurs d’ondes (infra-rouge, optique, millimétrique, radio) ainsi que des simulation numériques à haute résolution. Les observations XMM ont été effectuées de 2011 à 2013 et les premières publications concernant des échantillons restreints et brillants sortiront fin 2015.

Le sujet de thèse se situe dans la deuxième phase (critique) du projet en proposant une étude détaillée des facteurs affectant la modélisation cosmologique des résultats. Ceci concerne en particulier l’évolution des propriétés propriétés physiques des amas qui influent sur leur détection en X ou en optique/infrarouge 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

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

Cadre de travail :

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



Site du projet XXL :

http://irfu.cea.fr/xxl

Voir onglet ‘publications’ pour les présentations des derniers résultats à des colloques internationaux.



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

Analyse spatiale de vestiges de supernova en rayons gamma

SL-DSM-16-0767

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Fabio Acero

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

Contact :

Fabio Acero

CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

0169084705

Directeur de thèse :

Fabio Acero

CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

0169084705

Voir aussi : irfu.cea.fr/Sap

Les vestiges de supernova, les restes d'une explosion stellaire, sont communément considérés comme la source principale des rayons cosmiques Galactiques. Ces vestiges sont des sources étendues dans le ciel (jusqu'à quelques degrés) et leur distribution spatial peut être étudié en détail.

L’objectif de cette thèse est de comprendre comment les différences d’environnement influent sur le mécanisme d’accélération de particules au choc des vestiges de supernova. Pour cela des outils pour effectuer des analyses résolues spatialement avec les données en rayons gamma du satellite Fermi seront à développer. Ces méthodes serviront à séparer les différentes composantes spectrales dans les vestiges de supernova qui évoluent dans des milieux ambiants complexes. Les moyens développés pourront être implémentés dans les outils d’analyse pour CTA, la prochaine génération de télescope en rayons gamma au sol.
Caractérisation et optimisation des performances du plan focal du télescope X de la mission d’astronomie spatiale SVOM

SL-DSM-16-0023

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire Systèmes et Architectures Spatiales (LSAS)

Saclay

Contact :

Aline MEURIS

Bertrand CORDIER

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

Contact :

Aline MEURIS

CEA - DSM/IRFU/SAp/LSAS

01 69 08 12 73

Directeur de thèse :

Bertrand CORDIER

CEA - DSM/Irfu/SAp

0169082792

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

SVOM est une mission franco-chinoise qui sera lancée en 2021 pour l’étude des sursauts gamma, événements explosifs les plus énergétiques existants dans l’Univers. Le Microchannel X-Ray Telescope (MXT) embarqué sous la responsabilité scientifique du CEA a pour fonction d’observer l’émission rémanente en rayons X d’un sursaut détecté par le spectro-imageur gamma ECLAIRs et d’affiner la précision de localisation de la source pour le réseau d’alerte de télescopes au sol.



Cette thèse d’instrumentation spatiale a pour objectif de démontrer et d’optimiser les performances au sol et en orbite du plan focal de MXT basé sur un spectro-imageur X de type pnCCD. Pour ce faire, le doctorant mènera deux axes d’études principaux nécessitant des développements expérimentaux associés à des travaux de simulation et de modélisation :



1. L’estimation de la dégradation des performances du détecteur en orbite, en conduisant et en analysant une campagne d’essais d'irradiation dans un accélérateur de particules avec un prototype du plan focal de MXT. Le candidat conclura son étude en proposant des scénarios d’opération en vol pour limiter ces effets voire recouvrer partiellement des performances initiales.

2. La préparation de l’étalonnage des modèles de vol, en définissant une méthode et des moyens de caractérisation du détecteur et de la caméra et en l’appliquant sur le modèle de qualification de la caméra. Les résultats de cette étude permettront de construire les matrices de réponses du simulateur de l’instrument.



A l’issue de l’étalonnage de la caméra seule, le doctorant aura l’opportunité de participer au couplage de la caméra avec l’optique et aux tests de performances de l’instrument complet, une première mondiale.



Comprendre l’énergie sombre dans l’Univers grâce à la cartographie en temps et en espace de la matière noire révélée par son effet de lentille gravitationnelle faible: mesure de pics pour contraindre les paramètres cosmologiques

SL-DSM-16-0119

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

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

Contact :

Martin Kilbinger

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCS

01 69 08 17 53

Directeur de thèse :

Martin Kilbinger

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCS

01 69 08 17 53

Voir aussi : www.cosmostat.org/kilbinger

Voir aussi : www.cosmostat.org/kilbinger

L'effet de lentille gravitationnelle faible désigne les distortions d'image des galaxies à très haut redshift dues aux structures à grande échelle. Ceci est est une des sondes cosmologiques les plus importantes pour étudier le secteur sombre de l'Univers. Pour quantifier ces distortions, il est nécessaire de mesurer les formes de ces galaxies à très haute précision. Cette mesure de forme des galaxies typiquement de petite taille, de faible luminosité et de bas rapport signal-sur-bruit, qui en plus sont convoluées par la PSF (fonction d'étalement du point) par le système optique, est un des défis majeurs de l'analyse de l'effet de lentille faible.



Cette thèse est un pas important vers l’analyse cosmologique de grands jeux de données pour avancer notre compréhension de l’énergie sombre. Elle aura pour but d'analyser des données optiques de grand champ, et de mesurer des formes de galaxies d'arrière-plan, pour créer des cartes weak-lensing de la masse aux très grandes échelles. A partir de ces cartes, on calculera les statistiques de comptage de pics pour contraindre des paramètres cosmologiques, y compris w, le paramètre de l'énergie sombre.



L'étudiant se servira des techniques de pointe de traitement d'image et de la statistique avancés qui sont développées dans le laboratoire inter-disciplinaire CosmoStat. Ces outils seront appliquées aux données larges et profondes des relevés optiques du sol, servant comme jalon important vers la mission spatiale européenne Euclid. Cette thèse sera conduite au sein du consortium Euclid, dans lequel le CEA a des rôles dirigeants. Ce travail contribuera à la préparation de cette sonde cosmologique ultime.
Construction d'un spectrographe et recherche de quasars pour le projet d'étude de l'énergie noire, DESI

SL-DSM-16-0250

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Bao

Saclay

Contact :

Christophe Magneville

Christophe YECHE

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

Contact :

Christophe Magneville

CEA - DSM/IRFU/SPP/Bao

01-69-08-33-44

Directeur de thèse :

Christophe YECHE

CEA - DSM/IRFU/SPP/Bao

01-69-08-70-50

L’accélération de l’expansion de l’univers est l’un des sujets majeurs de la cosmologie actuelle. Elle pourrait être due à une nouvelle composante, l’énergie noire, qui représente 70% du bilan énergétique de l’univers. Pour étudier sa nature à travers son équation d’état, on mesure une règle étalon fournie par les oscillations baryoniques acoustiques (BAO) à différentes valeurs de décalage vers le rouge, Cette technique a été mise en œuvre pour la première fois en 2005 par le Sloan Sky Digital Survey (SDSS). Depuis l'observation des BAO a été confirmée par les projets BOSS et eBOSS dans lesquels notre groupe de l’Irfu/SPP est impliqué.



Notre groupe prépare la nouvelle génération d’expérience BAO en participant à la construction du spectrographe du programme DESI. Ce projet va réaliser un sondage 3D de plusieurs dizaines de millions de galaxies et quasars, avec le télescope Mayall de 4m en Arizona (USA).



Le doctorant participera à la mise au point du spectrographe de DESI en collaboration avec notre partenaire industriel WINLIGHT et nos partenaires universitaires (Université Aix-Marseille et Université de Berkeley). En parallèle, il développera des algorithmes pour sélectionner les quasars qui seront testés sur des relevés pilotes auprès du télescope AAT en Australie et MMT aux Etats-Unis. Enfin, début 2019, il observera et analysera les premiers spectres du projet DESI.

Cosmologie avec les amas de galaxies : de Planck à Euclid

SL-DSM-16-0375

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Cosmologie Millimétique

Saclay

Contact :

Jean-Baptiste Melin

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

Contact :

Jean-Baptiste Melin

CEA - DSM/IRFU/SPP/Cosmo mm

01 69 08 73 80

Directeur de thèse :

Jean-Baptiste Melin

CEA - DSM/IRFU/SPP/Cosmo mm

01 69 08 73 80

En 2015, la collaboration Planck a publié les mesures des paramètres cosmologiques obtenues avec l’ensemble des données de la mission. Ces résultats sont basés sur l’analyse des anisotropies du fond diffus cosmologique (CMB) à redshift z=1100 et sur la distribution des amas de galaxies détectés par le satellite entre redshift z=1 et z=0.

Les paramètres déterminés avec les anisotropies du CMB sont en très bon accord avec les mesures des oscillations acoustiques de baryons et celles des supernovae mais sont en désaccord avec la distribution des amas de galaxies. Ce désaccord est plus ou moins important selon la masse supposée pour les amas. Deux explications sont possibles pour expliquer ce résultat : la masse des amas serait environ 40% plus grande qu’estimée actuellement avec les satellites observant en rayons X ou bien le modèle standard de la cosmologie est incomplet.

Pour trancher entre ces deux hypothèses, il faut améliorer l’analyse cosmologique avec les amas pour réduire les incertitudes systématiques.

Une des limitations actuelles majeures de l’analyse cosmologique avec les amas est située en son cœur même : la fonction de vraisemblance. Celle-ci lie le catalogue d’amas observés à un modèle cosmologique donné. Elle doit, pour ce faire, supposer un lien - appelé loi d’échelle - entre les caractéristiques des amas (leur flux) et la quantité théorique non directement observée (leur masse vraie). Aujourd’hui, dans l’analyse Planck, cette loi d’échelle est déterminée avec des données externes, indépendamment de la vraisemblance ce qui aboutit à des problèmes de compatibilité.

Le travail proposé consiste à construire une nouvelle fonction de vraisemblance cosmologique pour les amas qui dépasse cette problématique en intégrant mesures de flux internes et mesures de masses externes pour fournir en même temps les paramètres cosmologiques et la loi d’échelle des amas. D’abord appliquée aux données Planck, cette nouvelle vraisemblance sera déployée, dans un second temps, dans le cadre d’Euclid.
Couplage accrétion-éjection dans les microquasars

SL-DSM-16-0932

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Stéphane CORBEL

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

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

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.



L’accrétion est la source d’énergie la plus efficace dans l’Univers et se retrouve à la base de multiples phénomènes physiques, allant de la formation des étoiles aux noyaux actifs de galaxie. Au vu de l'universalité de ces phénomènes, comprendre l'accrétion-éjection au sein des microquasars permettra, par extension, de comprendre un large panel d'objets célestes.



Le but de cette thèse est 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, variabilité temporelle et oscillations quasi-périodiques) et la modélisation de ces objets.



Distorsions gravitationnelles faibles avec Euclid : impact des erreurs de mesure de PSF et de forme sur l'estimation des paramètres cosmologiques

SL-DSM-16-0032

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jean-Luc STARCK

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

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

Voir aussi : http://jstarck.cosmostat.org

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

Le projet spatial Euclid, dont le lancement est prévu en 2020, observera le ciel en optique et en infrarouge et permettra de construire des cartes de très grandes échelles afin mesurer les distorsions gravitationnelles jusqu’à des redshifts très élevés. Grâce à ces mesures de cisaillement gravitationnel, nous pourrons reconstruire des cartes de matières noires de 15000 degrés carrés, soit presque la moitié du ciel. Ces mesures de shear sont dérivées de l’analyse des formes de galaxies, qui sont floutées dues l’optique du télescope.

L’un des problèmes majeurs pour atteindre les objectifs scientifiques est donc la nécessité de modéliser la fonction d'étalement du point (Point Spread Function (PSF) en anglais) du satellite, et de mesurer la forme des galaxies avec une très grande précision et corrigée de la PSF.

Le champ de PSF peut être calculé à partir des étoiles contenues dans les images observées. Il doit prendre en compte la variation spatiale et spectrale de la réponse de l’instrument. Une difficulté supplémentaire vient du problème de sous échantillonnage des images.

Le but de cette thèse est de trouver une méthode robuste permettant de construire le champ de PSF tridimensionnel (deux dimensions spatiales et une dimension spectrale) en utilisant des outils d’interpolation sur la variété associée aux PSFs. Cette variété n’étant pas connue, il faudra l’apprendre via des outils modernes d’apprentissage basés sur la parcimonie de l’information.

Ce champ de PSF pourra ensuite être utilisé dans la mesure des formes des galaxies. L’impact des erreurs de mesures (PSF et mesure de forme) sur l’estimation des paramètres cosmologiques sera étudié.

ETUDES SPECTRO-POLARIMETRIQUES X ET GAMMA DES MICROQUASARS

SL-DSM-16-0019

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Jérôme RODRIGUEZ

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

Contact :

Jérôme RODRIGUEZ

CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 98 08

Directeur de thèse :

Jérôme RODRIGUEZ

CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 98 08

Les binaires X sont des systèmes binaires serrés contenant une étoile « normale » et un objet compact (trou noir ou étoile à neutrons). Le potentiel gravitationnel intense de l’objet compact permet l’extraction et finalement l’accrétion d’une partie de la matière de l’étoile compagnon.

La matière en tombant forme un disque d’accrétion dont la température au niveau des régions proche de l’accréteur est de l’ordre de plusieurs millions de degré ce qui est source d’un intense rayonnement de type corps noir dont le pic du spectre est dans les rayons X (à typiquement 1 keV). Une autre composante spectrale est aussi habituellement détectée. Le spectre de cette dernière est une loi de puissance qui s’étend typiquement jusque 100-200 keV, mais qui a aussi été vue jusque dans les rayons gamma (1-10 MeV). L’origine de cette composante de haute énergie est âprement débattue. Elle pourrait être due à une Comptonisation inverse des photons mous du disque par un plasma hybride (thermique-non thermique) aussi appelé couronne. D’autres travaux penchent pour une émission synchrotron et synchrotron self-compton due à la présence d’un jet de matière. La réalité pouvant être un mélange des deux. L’origine de cette composante est d’importance capitale puisque chaque modèle implique des canaux énergétiques et des rétro-actions sur le milieu interstellaire fondamentalement différents.

Des observations polarimétriques du microquasar prototypique Cygnus X-1 ont montré, grâce à la détection de rayonnement gamma polarisé, que le jet était responsable de la composante 500 keV-1MeV (Laurent et al. 2011, Rodriguez et al. 2015) bien qu’au-dessous de cette énergie l’émission était plutôt typique d’un rayonnement Compton. Mais une généralisation de ces résultats est nécessaire pour pouvoir conclure définitivement.

Le but de la thèse est d’étudier les propriétés des composantes de haute énergie dans d’autres microquasars de manière systématique et cohérente. Le travail de fond de la thèse sera donc d’exploiter la large archive de données du satellite INTEGRAL, dont le Service d’Astrophysique a développé l’instrument principal utilisé dans ce projet, mais aussi de nouvelles données obtenues d’une part grâce aux programmes de cibles d’opportunité dans lesquels l’équipe est incluses (à haute énergie mais aussi en radio), mais aussi à partir du satellite Japonais Astro-H (lancement courant 2016) dont l’un d’entre nous est co-I. Le travail pourra débuter par l’analyse des données du microquasars V404 Cyg dont l’éruption a eu lieu en Juin-Juillet 2015, et qui est devenu, pendant cette période l’objet X le plus brillant du ciel.

Emissions coronales et météorologie de l'espace: des modèles à la prédiction des éruptions solaires

SL-DSM-16-0910

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement (LDEE)

Saclay

Contact :

Allan Sacha BRUN

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

Contact :

Allan Sacha BRUN

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

+33 1 69 08 76 60

Directeur de thèse :

Allan Sacha BRUN

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

+33 1 69 08 76 60

Voir aussi : http://www.stars2.eu

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=971

Voir aussi : http://www.astro.umontreal.ca/~paulchar/grps/page_accueil.html

L'activité magnétique solaire a un impact direct sur notre société technologique par l'émission de rayonnements intenses, l'expulsion de nuages magnétiques et de particules énergétiques qui viennent modifier l'état de l'exosphère de la Terre, notamment son ionosphère, mais aussi au sol, par l'induction de courants géo-électriques néfastes pour les réseaux. Ces éruptions multiples perturbent également les satellites en orbite et les signaux radars et GPS. Il est donc essentiel de pouvoir anticiper ces phénomènes pour s'en prémunir et pour cela il est nécessaire d'en comprendre l'origine physique, la propagation et la probabilité d'occurrence. Dans le cadre de sa thèse, l'étudiant(e) sera amené(e) à développer trois axes complémentaires: 1) des modèles 3-D MHD de boucles coronales instables avec le code PLUTO et en évaluer l'émission en EUV et X selon la méthode développée dans Pinto, Vilmer et Brun (2015) en support à l'instrument Solar Orbiter/STIX; 2) des modèles de prévision des éruptions basés sur notre compréhension des mécanismes physiques issue des modèles 3-D et reposant sur une méthode innovante d'assimilation de données à partir d'une modélisation type avalanche/organisation auto-critique comme développée par Strugarek et Charbonneau (2014) permettant l'utilisation des données SO/STIX et 3) une familiarisation avec les données observationnelles des éruptions solaires (GOES, RHESSI et SO/STIX après 2018) venant contraindre les modèles développés en 1 et 2. A l'issue de cette thèse un modèle robuste et physique permettra de prévoir les éruptions solaires extrêmes ayant le plus fort impact sur notre planète Terre et notre société technologique. La thèse sera en co-direction entre Dr. A.S. Brun (CEA-Saclay) et Prof. P. Charbonneau (Université de Montréal) et en collaboration avec Dr. N. Vilmer de l'Observatoire de Paris-Meudon.
Etude d'un spectromètre imageur compact (sub)millimétrique pour la cosmologie observationnelle

SL-DSM-16-0736

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Vincent REVERET

Louis RODRIGUEZ

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

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’un des futurs défis instrumentaux en cosmologie est la détection de certains modes de polarisation (appelés modes-B) du fond diffus cosmologique depuis le sol ou l’espace. Cette découverte permettrait de contraindre de nombreux paramètres cosmologiques, expliquer l’inflation et prouver l’existence des ondes gravitationnelles. Afin de détecter ce signal qui est très faiblement polarisé, les instruments doivent être à la fois extrêmement sensibles et doivent également faciliter la soustraction des avant-plans « parasites », d’origine essentiellement galactique. Pour caractériser efficacement et donc soustraire ces avant-plans, les observations doivent être multi-spectrales (une vingtaine de bandes entre 500 microns et 5mm de longueur d’onde).

Le CEA au travers du Service d’Astrophysique (SAp) à Saclay et du LETI à Grenoble développe des bolomètres cryogéniques ultra-sensibles destinés à la mesure de ce rayonnement (sub)millimétrique polarisé. L’objet de la thèse est l’étude complète puis la validation expérimentale de la capacité spectroscopique de ces détecteurs, ainsi que le traitement de données associé. La méthode instrumentale est totalement novatrice dans ce domaine : elle est basée sur un système interférométrique disposé directement au sein des pixels. A terme, il sera possible d’obtenir un spectromètre imageur de moyenne résolution spectrale ultra-compact (« spectromètre sur puce »), parfaitement adapté aux contraintes d’une future mission spatiale. Le doctorant sera encadré par une équipe de physiciens spécialistes en microélectronique au LETI et par des physiciens expérimentalistes pour la modélisation et les tests cryogéniques au SAp. Ces travaux ouvriront la voie vers de l’instrumentation pour d’autres domaines de l’astrophysique et peuvent générer des retombées plus appliquées en imagerie médicale ou dans le domaine des contrôles de sécurité en bande TeraHertz. Ce projet est en partie financé par le labex FOCUS et soutenu par le CNES.

Etude du double front d'ablation pour les expériences plasma laser d'opacités spectrales pour la physique stellaire

SL-DSM-16-0179

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire Astrophysique Nucléaire-Plasmas Stellaires

Saclay

Contact :

Jean-Eric DUCRET

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

Contact :

Jean-Eric DUCRET

CEA - DSM/IRFU/SAp/LMPA

0540002582

Directeur de thèse :

Jean-Eric DUCRET

CEA - DSM/IRFU/SAp/LMPA

0540002582

La thèse proposée trouve son origine dans des résultats récents de sismologie des intérieurs stellaires, qui ont montré des incohérences entre les modèles d’évolution stellaire et les expériences en laboratoire.

L’expérience que nous devons réaliser sur le laser OMEGA (Université de Rochester, Etats-Unis) et qui constitue l’essentiel de ce travail de thèse doit permettre de tester les résultats de nos simulations hydrodynamiques sur le double front d’ablation en géométrie plane qui doit être employée pour les expériences d’opacités stellaires. Si elle confirme les résultats de nos simulations, elle sera utilisée comme base pour de futures propositions d’expériences sur LMJ-PETAL.

L’étudiant(e) prendra part à la préparation de l’expérience en réalisant les simulations hydrodynamiques correspondant à la configuration expérimentale qui sera choisie. Ces simulations, faites avec le code CHIC (Code d'hydrodynamique et d'implosion du CELIA) permettront de déterminer les détails des cibles de l’expérience. Il/elle aura ensuite la responsabilité de l’analyse et de l’interprétation des résultats. Cette interprétation sera réalisée en collaboration avec des modèles modernes de physique atomique des plasmas.
Evolution dynamique des étoiles: modélisation MHD des mécanismes internes de transport du moment cinétique

SL-DSM-16-0765

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement (LDEE)

Saclay

Contact :

Allan Sacha BRUN

Stéphane MATHIS

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

Contact :

Allan Sacha BRUN

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

+33 1 69 08 76 60

Directeur de thèse :

Stéphane MATHIS

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

0169084930

Voir aussi : http://lcd-www.colorado.edu/sabrun/

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sap/LDEE/LDEE_web/index.html

Voir aussi : http://sfmathis.free.fr/Home.html

Les étoiles sont des objets dynamiques en rotation, magnétiques et turbulents. Grâce aux contraintes observationnelles de plus en plus précises obtenues par l’hélio- et l’astéro-sismologie, respectivement pour le Soleil et les autres étoiles, notre connaissance de la dynamique interne de ces astres connaît une révolution. Ainsi, les profils de rotation obtenus démontrent que le Soleil et les étoiles sont le siège de mécanismes d’extraction du moment cinétique très efficaces tout le long de leur évolution depuis leur formation jusqu’à leur fin. Dans ce cadre, deux mécanismes agissant sur des échelles de temps séculaires dans les régions radiatives des étoiles (qui sont stables vis à vis de la convection) sont proposés pour expliquer une extraction si intense qui diminue le moment cinétique interne de plusieurs ordres de grandeur: les ondes internes de gravité, le champ magnétique et leurs interactions avec la rotation (différentielle), les flots méridiens de grande échelle et la turbulence (e.g. Talon & Charbonnel 2005; Strugarek, Brun & Zahn 2011). De tels mécanismes impactent ainsi drastiquement l’évolution des étoiles et celle de leur environnement planétaire et galactique.



L’objectif principal de ce travail de thèse est d’établir des modélisations réalistes des mécanismes de transport du moment cinétique dans les étoiles en utilisant la synergie de méthodes semi-analytiques de pointe dédiées à l’obtention d’équations séculaires bidimensionnelles, de lois d’échelles et de prescriptions ab-initio dédiées à l’établissement d’un traitement réaliste de l’évolution dynamique des étoiles et de simulations numériques 3-D ASH sur calculateurs massivement parallèles (CCRT) permettant d’étudier l’aspect tridimensionnel et non-linéaire des processus magnéto-hydrodynamiques dans les étoiles. Un effort particulier sera porté sur l’étude des ondes internes de gravité, dont la force de rappel est la poussée d'Archimède, influencées par la rotation différentielle et le magnétisme (dites ondes magnéto-gravito-inertielles) qui sont excitées aux interfaces zones radiatives/zones convectives par les mouvements convectifs turbulents et sur leur déferlement. Il bénéficiera du grand pas qui a été effectué grâce aux développements simultanés de simulations numériques 3D globales et non linéaires d’étoiles telles que notre Soleil (Brun, Miesch & Toomre 2011; Alvan, Brun & Mathis 2014) avec ASH et des théories asymptotiques 3D permettant de les analyser et de les interpréter en détail (Alvan et al. 2015). Ainsi, nous avons été capables de calculer le spectre de fréquences, l’amplitude, l’amortissement et la visibilité des ondes de gravité. Cependant, cette étude doit maintenant être généralisée de manière systématique pour les différents types d’étoiles, en particulier les étoiles de type solaire et de masses intermédiaires (de K à A), et ce pour différents stades évolutifs (e.g. Browning, Brun & Toomre 2004; Fuller et al. 2014; Lee, Neiner & Mathis 2014). Dans ce cadre, il faudra être capable de simuler et de caractériser la dynamique des ondes internes pour tous les rapports stratification, rotation, cisaillement et intensité du champ magnétique rencontrés dans les étoiles (e.g. Mathis & de Brye 2012; Mathis, Neiner & Tran Minh 2014). L’objectif sera alors de calculer le spectre de fréquence des ondes, leur amplitude, leur propagation et leur dissipation, leur visibilité et le transport de moment cinétique qu’elles induisent. Les modèles physiques ab-initio obtenus permettront alors de donner les lois d’échelles et diagrammes de régimes essentiels à l’interprétation des données sismiques présentes et à venir (héritage CoRoT & Kepler/K2 et préparation de TESS & PLATO) et à l’obtention d’une compréhension globale de l’évolution dynamique des étoiles. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte dans le cadre du projet ERC SPIRE (Stars: dynamical Processes driving tidal Interactions, Rotation and Evolution) dont S. Mathis est le PI.



Alvan, Brun & Mathis 2014, A&A, 565, 42

Alvan, Strugarek, Brun, Mathis & Garcia 2015, A&A, 581, 112

Brun, Miesh & Toomre 2011, ApJ, 742, 79

Browning, Brun & Toomre 2004, ApJ, 601, 512

Fuller et al. 2014, ApJ, 796, 17

Lee, Neiner & Mathis 2014, MNRAS, 443, 1515

Mathis & de Brye 2012, A&A, 540, 37

Mathis, Neiner & Tran Minh 2014, A&A, 565, 47

Strugarek, Brun & Zahn 2011, A&A, 532, 34

Talon & Charbonnel 2005, A&A, 440, 981
Explosion des supernovae gravitationnelles

SL-DSM-16-0620

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire de Théorie et de Modélisation

Saclay

Contact :

Thierry FOGLIZZO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2015

Contact :

Thierry FOGLIZZO

CEA - DSM/IRFU/SAp/LTM

01 69 08 87 20

Directeur de thèse :

Thierry FOGLIZZO

CEA - DSM/IRFU/SAp/LTM

01 69 08 87 20

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Projets/SN2NS/

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

Contexte scientifique:

Comment explosent les étoiles massives ’

Les étoiles de plus de 10 masses solaires finissent leur évolution par une explosion en supernova dont le mécanisme théorique reste énigmatique. On cherche à comprendre comment l'effondrement de leur cœur de fer et la formation d'une étoile à neutrons conduisent à l'explosion observée. Les travaux des dix dernières années ont révélé que la symétrie sphérique est brisée par le développement d'instabilités hydrodynamiques dans les 200km les plus internes, pendant la seconde qui suit le rebond de la matière sur les régions centrales. Ces instabilités sont responsables d'une explosion asymétrique et la mise en mouvement de l'étoile à neutrons résiduelle.

Travail proposé:

Ce sujet de thèse propose d'élucider le mécanisme d'explosion en clarifiant la relation entre la structure radiale du cœur de l'étoile en rotation avant l'effondrement et le caractère asymétrique de l'explosion. Les outils développés par l'équipe du SAp pour cette étude sont le calcul analytique, la modélisation numérique et une analogie en eau peu profonde.

Résultats attendus:

Prédiction théorique du critère d'explosion des étoiles massives en fonction du moment cinétique de leur cœur et leur structure radiale.
La croissance des trous noirs et de la masse stellaire dans les galaxies lointaines

SL-DSM-16-0097

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Emanuele DADDI

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

Contact :

Emanuele DADDI

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

Directeur de thèse :

Emanuele DADDI

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

Le Soleil magnétique et la météorologie spatiale: étude du couplage non-linéaire entre dynamo, activité magnétique et vent solaire

SL-DSM-16-0349

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement (LDEE)

Saclay

Contact :

Allan Sacha BRUN

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

Contact :

Allan Sacha BRUN

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

+33 1 69 08 76 60

Directeur de thèse :

Allan Sacha BRUN

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

+33 1 69 08 76 60

Voir aussi : http://www.stars2.eu

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

Cette thèse permettra de préparer la mission Cosmic Vision ESA Solar Orbiter pour laquelle le CEA fournit le plan focal de l'instrument STIX. Le but de Solar Orbiter est de comprendre comment le Soleil par son activité et magnétisme intense et modulé sur 11 ans contrôle l’héliosphère, ce cocon magnétique s’étendant à plus de 100 AU. Le sujet consiste donc à développer l'interpretation scientifique des données Solar Orbiter (notamment de STIX) en s'appuyant sur des simulations high performance computing (HPC) de la dynamo solaire et de son cycle de 11 ans et de faire le lien avec le magnétisme de surface que cela soit via l’émergence de flux magnétique, des éruptions (flares - sujet d'étude de STIX) ou son vent.

Aujourd’hui plusieurs satellites observent en permanence le Soleil mais ils se situent tous dans le plan de l’écliptique. Le satellite Solar Orbiter va permettre d’observer les pôles solaires avec beaucoup plus de détails en sortant du plan de l’écliptique. Comprendre le Soleil et son influence sur son environnement requiert donc dans ce contexte de le modéliser de manière globale et pas seulement locale. Les codes ASH et PLUTO 3-D MHD et parallèles que le LDEE co-développent sont idéaux pour attaquer ce problème frontalement car ils permettent de modéliser avec précision la convection, le magnétisme, l’activité et le vent solaire en géométrie sphérique globale.

Cette thèse couplera pour la première fois en 3-D la magnétohydrodynamique interne et externe du Soleil en couplant les codes ASH et PLUTO. Cela permettra de calculer les solutions de vent solaire avec ou sans phénomènes éruptifs en calculant de façon fidèle l’évolution du magnétisme solaire via effet dynamo. Un travail similaire a déjà été fait en 2-D (Pinto, Brun et al. 2011, Reville, Brun et al. 2015), il s’agira de l’étendre en 3-D et de passer d’une approche quasi-statique à une approche dynamique du couplage entre convection, magnétisme, éruption et vent au cours d’un cycle de 11 ans ce qui n’a jamais encore été fait. La thèse assurera aussi le retour scientifique et l'interprétation des données du satellite Solar Orbiter et de STIX au CEA. La météorologie spatiale est en plein essor, et cette thèse contribua à développer une meilleur compréhension du magnétisme et de l'activité solaire en la liant à son origine interne.
Le feedback stellaire : un processus clé de l’univers

SL-DSM-16-0256

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire de Théorie et de Modélisation

Saclay

Contact :

Patrick Hennebelle

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

Contact :

Patrick Hennebelle

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169089987

Directeur de thèse :

Patrick Hennebelle

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169089987

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

La formation stellaire est au cœur des défis actuels que la communauté astrophysique s’emploie actuellement à relever. En effet, la formation des étoiles est l'un des grand processus clé qui régit l'histoire de notre univers car les étoiles jouent un rôle décisif sur l'évolution des galaxies, encore très largement incomprise, du fait des processus de feedback liés aux étoiles massives (rayonnement ionisant, vents, supernovae...). De plus, la formation des étoiles est également un enjeu essentiel pour la formation des exo-planètes et les conditions climatiques de ces dernières. L’objectif de la thèse consistera à réaliser des simulations numériques incluant aussi bien la formation des étoiles que les explosions de supernovae et le rayonnement ionisant des étoiles massives, de manière cohérente.

Pour atteindre cet objectif, deux défis majeurs doivent être relevés. D’une part les grandes échelles galactiques et les échelles pertinentes pour la formation stellaire diffèrent de plusieurs ordres de grandeur. D’autre part, de nombreux processus physiques étroitement couplés entre eux et fortement non-linéaires sont impliqués (turbulence magnéto-hydrodynamique, gravité, transfert de rayonnement...). Pour aborder cette question, il apparait nécessaire de réaliser des simulations numériques lourdes en parallèle de calculs analytiques. Cette approche duale permet en effet d’identifier et de quantifier les processus physiques à l’œuvre dans les simulations et de valider les approximations faites. De plus, une synergie étroite avec les différents programmes observationnels menés au sein du service d’astrophysique sera maintenue afin, d’une part de contraindre les modèles et d’autre part d’interpréter au mieux les observations existantes et de définir les futurs programmes observationnels.

Sur le plan numérique il est nécessaire d’employer la technique dite du maillage adaptatif, qui permet d’ajuster la résolution numérique spatialement et temporellement et par ailleurs celle de coupler le transfert de rayonnement aux équations fluides. Un code a été développé à cet effet et il conviendra donc de l’utiliser et de l’adapter.

Le rôle des trous noirs géants dans l’évolution des galaxies

SL-DSM-16-0868

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Stephanie JUNEAU

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

Contact :

Stephanie JUNEAU

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

Directeur de thèse :

Stephanie JUNEAU

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Pisp/stephanie.juneau/

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

La majorité des galaxies abritent un trou noir central supermassif de plusieurs millions voire milliards de masses solaires. Un "noyau actif de galaxie" (AGN) se forme lorsque le trou noir supermassif croît en accrétant de la matière. Les effets des phénomènes à haute énergie que sont les AGN sur leur galaxie hôte (et vice versa) demeurent fortement inconnus et débattus. Afin d’améliorer notre compréhension du lien entre les AGN et la formation stellaire dans les galaxies dans lesquelles se produit la majorité de la croissance des trous noirs et du contenu en étoiles des galaxies, nous proposons une analyse innovatrice d’observations multi longueur d’ondes et multi-échelles. L’aspect multi longueur d’ondes permettra de déceler les signatures d’activité à la fois directes (rayons X) et indirectes s’il y a obscurcissement (infrarouge, raies spectrales). L’aspect multi-échelles permettra de différencier parmi les facteurs physiques internes aux galaxies (morphologie, masse stellaire, etc.) et les facteurs externes à échelle immédiate (collisions avec galaxies voisines) ou à plus grande échelle (nombre de galaxies voisines plus distantes, mais pouvant tout de même interagir ou avoir interagi dans le passé).



Le projet de thèse sera donc une étude du lien entre les trous noirs dits « actifs » et l'extinction ou le renforcement de la formation stellaire dans la galaxie hôte. Dans un premier temps, une base de données multi-longueur d’ondes de grande qualité est en main et prête à analyser incluant : imagerie infrarouge très profonde du satellite Herschel, émission rayons X avec Chandra, spectroscopie optique avec le télescope de 8-mètre VLT. Une exploration statistique d’un grand relevé de >1000 galaxies avec trous noirs géants permet une approche globale de la question du lien entre les trous noirs et la formation stellaire dans les galaxies. Dans un second temps, des observations supplémentaires seront obtenues afin de supplémenter le projet (ex. : mesurer les réservoirs de gaz des galaxies, spectroscopie 3D pour mesurer la cinétique du milieu gazeux des galaxies) et d’enrichir l’expérience du(de la) doctorant(e).
Modélisation physique et statistique des propriétés de la poussière interstellaire dans l'univers local

SL-DSM-16-0206

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Frédéric Galliano

Suzanne MADDEN

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

Contact :

Frédéric Galliano

CNRS - DSM/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 18 21

Directeur de thèse :

Suzanne MADDEN

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 92 76

Les grains de poussière jouent un rôle majeur dans la physique du milieu interstellaire. Ils absorbent et réémettent en infrarouge l'essentiel de la puissance stellaire rayonnée dans les régions de formation d'étoiles. De plus, ils sont responsables du chauffage du gaz dans les régions de photodissociation (PDR) et servent de catalyseurs à de nombreuses réactions chimiques. Leurs propriétés (composition chimique, distribution de taille, etc.) sont cependant encore mal connues. Ces incertitudes soumettent à caution de nombreux pans de notre connaissance du milieu interstellaire : mesure de masse, modèles de PDR, dérougissement, etc. Raffiner notre compréhension de la poussière est surtout crucial pour comprendre le cycle de la matière interstellaire et son effet sur 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. La thèse que nous proposons a pour but de se concentrer sur les propriétés des plus petits grains (avec un rayon inférieur à ˜10 nm) et des hydrocarbures polycycliques aromatiques (PAH). Ces composantes du milieu interstellaire rayonnent hors équilibre dans l'infrarouge moyen (˜5-40 µm), et sont porteurs de nombreuses bandes de résonance. 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. Cependant, la plupart se sont avérées superficielles. Il reste de nombreux aspects à étudier : l'identification et la modélisation physique de plusieurs bandes de solides dans les régions de formation d'étoiles, et la corrélation des propriétés des principales bandes de PAHs avec les conditions physiques diagnostiquées grâce aux nouvelles données Herschel.



La thèse comportera plusieurs aspects. D'abord, l'analyse de spectres en infrarouge moyen, obtenus avec le satellite Spitzer. Ces spectres sont déjà réduits pour la plupart. L'essentiel de cette première étape sera donc une sélection critique des spectres à étudier, et une homogénéisation des données. Ensuite, la quantification des composantes physiques, qui n'est pas triviale, devra être effectuée de manière sophistiquée. Nous proposons à l'étudiant intéressé de s'atteler au développement d'un modèle bayesien hiérarchique de décomposition spectrale, qui permettra une quantification précise des incertitudes et corrélations entre paramètres physiques. Ce nouvel outil et son application méticuleuse aux données est la garantie d'une interprétation précise et originale des processus physiques à l'oeuvre dans les régions étudiées.



Cette thématique est particulièrement pertinente pour la planification des objectifs scientifiques du James Webb Space Telescope (JWST), qui devrait être lancé en 2018.

Rayons cosmiques et Superbulles

SL-DSM-16-0814

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Isabelle GRENIER

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

Contact :

Isabelle GRENIER

Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 44 00

Directeur de thèse :

Isabelle GRENIER

Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 44 00

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

Voir aussi : http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/cygnus-cocoon.html

A century-long standing problem is to explain how cosmic rays are accelerated to relativistic energies and how they diffuse in their host galaxy. Notable progress has been made on their production in supernova remnants, but the recent discovery in gamma rays, with the Fermi satellite, of a cocoon of fresh and energetic cosmic rays in the Cygnus X superbubble has disclosed an important new facet of the problem: what is the impact on particle (re-)acceleration and diffusion of the large level of turbulence generated in the superbubble medium by the activity of its numerous massive stars’ Can this turbulent phase significantly modify our current views on cosmic-ray transport in the Galaxy because most cosmic-ray sources are to be found in active, turbulent starburst regions’ http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/cygnus-cocoon.html

We propose to compare two superbubbles of different age and energy density: the extreme case of the few-million-year old, bursting Cygnus X bubble, which hosts several stellar clusters and the Cygnus OB2 supercluster; and the older, more frequent, but less energetic case of the Orion-Eridanus superbubble near the Sun. We propose to combine expertise on cosmic-ray transport/acceleration, on gamma-ray observations of cosmic rays, and on multi-wavelength observations of the interstellar medium in these bubbles, in order to test a new acceleration mechanism and to revisit the impact of the turbulent bubble medium on different observational cosmic-ray diagnostics, Galactic-wide and locally. The comparison of the two superbubbles will serve for future statistical studies of the impact of starburst regions on the cosmic-ray content of a galaxy, therefore on the importance of cosmic rays in the early development of galaxies.



The project aims at a quantitative modelling of cosmic-ray acceleration, transport, and radiation in the two relatively well-known superbubbles. It includes complementary tasks: (i) a detailed account of the interstellar conditions and particle losses in the bubbles; (ii) an assessment of the stellar wind and supernova activity in these young starburst regions; (iii) the derivation of average cosmic-ray spectra for random shocks in the bubbles, for two injection sources (in-situ injection and injection of outer Galactic cosmic rays); (iv) comparisons with the available gamma-ray data. Task (iii) will be developed in close collaboration with Prof. R. Schlickeiser in Germany.

This project has been accepted as an International France-Germany Collaborative Research Project (ANR – DFG). It builds on the experience and complementary expertise on multi-wavelength interstellar tracers and the discovery of the gamma-ray signal from superbubbles at CEA-Saclay/Irfu/AIM (I. Grenier, J. M. Casandjian, D. Marshall); and on advanced cosmic-ray acceleration theory at the Bochum University in Germany (R. Schlickeiser, A. Stockem). The French thesis advisor, I. Grenier, has successfully led or co-led 15 PhD thesis in high-energy astrophysics.

The PhD student will benefit from exposure to advanced theoretical calculations as well as to state-of-the-art multi-wavelength observations. This is a clear strength for future research with the future CTA TeV observatory, which will devote guaranteed time to observations of starburst regions. The focus on low cosmic-ray energies will also serve them as the high-energy community looks forward to a soft gamma-ray observatory in the next decade.

Remonter l’histoire cosmique de la formation des galaxies avec le grand interféromètre mondial ALMA

SL-DSM-16-0015

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

David ELBAZ

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

Contact :

David ELBAZ

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169085439

Directeur de thèse :

David ELBAZ

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169085439

Voir aussi : http://david.elbaz3.free.fr/science.html

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

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sap/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=977

Comprendre la formation des galaxies constitue l’une des questions clés de l’astrophysique. Nous proposons une approche innovante qui permettra une avancée majeure sur le sujet grâce au premier « sondage cosmologique » de l’univers avec le grand interféromètre mondial ALMA dans le domaine millimétrique. Ce programme observationnel classé parmi les 10% meilleurs projets proposés sur ALMA permettra de dévoiler les premières phases de formation des galaxies au cours des premières centaines de millions d’années après le Big Bang et d’étudier la cause de la chute brutale de la formation d’étoiles dans l’univers, qui reste aujourd’hui une énigme.



Pour relever le défi de réaliser une image cosmologique couvrant une taille de 30 millions d’années-lumière à l’aide d’un interféromètre à très grande résolution nous bénéficierons d’une collaboration étroite avec l’ESO, responsable d’ALMA, et d’un consortium international (Etats-Unis, Japon, Chili, Europe). L’exploitation scientifique de cette image cosmologique à 1.1mm (prévue pour mars 2016) consistera à identifier les galaxies vues par ALMA, découvrir de nouvelles galaxies et reconstruire l’histoire cosmique de la formation d’étoiles à partir de la mesure du contenu en poussière et du « taux de formation d’étoiles ». Ces résultats seront mis en perspective de notre modèle cosmologique actuel et des processus violents à l’intérieur des galaxies (supernovae et noyaux actifs).

SYSTEMES BINAIRES : FORMATION, EVOLUTION ET ENVIRONNEMENT

SL-DSM-16-0018

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Sylvain CHATY

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

Contact :

Sylvain CHATY

Université Paris Diderot et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 69 08 43 85

Directeur de thèse :

Sylvain CHATY

Université Paris Diderot et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d'Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 69 08 43 85

Voir aussi : https://fr.linkedin.com/pub/sylvain-chaty/60/b57/66

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

Plus de 70% des étoiles massives vivent au sein d’un couple stellaire (Sana et al. 2012). Cette binarité a des conséquences majeures sur leur évolution, fortement influencée par la présence du “compagnon”, en particulier via le transfert de matière, de moment cinétique, ainsi que l'existence d’intenses vents stellaires (Chaty 2013). Le destin de ces couples d’étoiles massives est déterminé par l’évolution de chacune des composantes, la plus massive s’effondrant en premier lors de l’explosion de supernova, formant une étoile à neutron ou un trou noir (Tauris & van den Heuvel, 2006). Ainsi naît une binaire compacte -un objet compact en orbite autour de son compagnon-, faisant partie des astres les plus fascinants de l'Univers. L’étoile compagnon massive éjecte en permanence un vent intense, et l'astre compact, baignant dans ce vent, en attire une partie qui s'accumule à la surface, chauffée à des températures de plusieurs millions de degrés, et émettant des rayons X.

Le but de cette thèse est d'étudier la formation des couples d'étoiles massives, leur évolution, ainsi que leur impact sur leur environnement proche, potentiellement à l'origine du déclenchement de nouvelles formations stellaires. Cette étude se fera principalement à partir d’observations provenant du VLT de l'ESO, dans un contexte multi-longueurs d’onde.
Étalonnage des relations asteroseismic à partir de systèmes binaires éclipsant montrant des pulsations : application aux étoiles du champ et des étoiles à planètes de CoRoT, Kepler et K2.

SL-DSM-16-0954

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement (LDEE)

Saclay

Contact :

Rafael A. Garcia

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

Contact :

Rafael A. Garcia

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

0169082725

Directeur de thèse :

Rafael A. Garcia

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

0169082725

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sap/LDEE/LDEE_web/index.html

Les géantes rouges se sont révélées comme une incroyable source d’information pour tester les modèles théoriques de structure et d’évolution stellaire (e.g. Bedding , ... García et al. 2011 , Nature ). L’astérosismologie permet de déterminer la masse et le rayon d’une étoile de manière très simple, par la mesure des propriétés globales des modes d’oscillation d’une étoile, puis par l’application de relation d’échelles à partir des valeurs du soleil (Kjeldsen & Bedding 1995). Cependant, ces relations d’échelle n’ont jamais été proprement étalonnées malgré leur application généralisée à l’analyse des données des missions spatiales CoRoT ou Kepler. D’autre part, les étoiles binaires à éclipses sont depuis longtemps considérées comme de précieux outils pour l’astrophysique car leur observation photométrique et spectrométrique permet de déterminer la masse et le rayon de chaque composante, sans besoin d’une quelconque connaissance a priori de la distance ou du type des étoiles (e.g. Gaulme et al. 2014 ApJ). L’objectif de cette thèse est de combiner l’analyse photométrique et spectrométrique de systèmes binaires à éclipses avec l’analyse sismique et la modélisation d’au moins une des composantes de ce type de systèmes. Cela permettra de mieux étalonner les lois d’échelles sismiques qui seront ensuite appliquées aux étoiles observées par les missions d’asterosismologie. Cette amélioration constituera un atout majeur pour une caractérisation plus précise des étoiles du champ mais aussi des systèmes exoplanétaires, et ainsi de la masse et taille des planètes déjà découvertes par la méthode des transits des missions comme CoRoT, Kepler et K2 mais aussi de la future mission M3 de l’ESA PLATO.



Au cours de cette thèse, le doctorant apprendra les différentes techniques d’analyses sismiques (méthodes bayésiennes, ajustement par maximum de vraisemblance, etc…) et se familiarisera avec différents types d’observations (par exemple photométriques, spectroscopiques, etc). Dans un deuxième temps, le doctorant prendra en main un code d’évolution stellaire (type MESA ou STAREVOL). En fin de thèse le doctorant aura vu toutes les étapes des analyses sismiques, aura déterminé des lois d’échelle plus précises et sera dans la meilleure position pour analyser les données du satellite américain

TESS qui sera lancé a l’horizon 2018.

Étude multi-phase des milieux interstellaires primitifs

SL-DSM-16-0878

Domaine de recherche : Astrophysique

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

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

Saclay

Contact :

Vianney Lebouteiller

Suzanne MADDEN

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

Contact :

Vianney Lebouteiller

Laboratoire AIM - UMR7158

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

Directeur de thèse :

Suzanne MADDEN

CEA - DSM/IRFU/SAp/LCEG

01 69 08 92 76

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

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=973&onglet=2359

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



Les principaux processus thermiques dans le MIS de notre Galaxie sont à peu près contraints, mais ils restent encore largement inexplorés dans les galaxies à très faible métallicité. De telles galaxies, qui n'ont que peu évolué chimiquement depuis la formation des premiers objets, existent dans l'Univers Local et nous fournissent une comparaison inespérée avec les environnements primordiaux. Au coeur de ce projet l'on trouve les motivations suivantes, (1) identifier les principales sources énergétiques afin d'interpréter correctement les traceurs radiatifs du gaz et de la poussière, et (2) comprendre le mécanisme de formation stellaire dans les environnements primitifs et ainsi mieux cerner les variations du taux de formation d'étoiles au cours de l'évolution des galaxies.



Nous étudierons les traceurs du chauffage et du refroidissement du MIS dans un large échantillon de galaxies de manière à pouvoir isoler l'influence de l'environnement (métallicité, présence de super-amas d'étoiles, de sources ultralumineuses en rayons X, ...) sur les conditions physiques et sur les diagnostics associés, surtout spectroscopiques. L'étude du MIS est nécessairement multi-phase (gaz ionisé, gaz neutre atomique et moléculaire, poussières) et donc multi-longueur d'onde. Ainsi, le projet s'inscrit complètement entre l'héritage immense des télescopes spatiaux Hubble, Spitzer et Herschel et l'avènement de nouveaux observatoires comme ALMA, NOEMA, SOFIA ou JWST.



Le projet permettra au doctorant de développer une double expertise d'observation et de modélisation. Des observations ALMA, SOFIA et Hubble obtenues par notre équipe seront mises a disposition. Pendant la thèse, nous chercherons à complémenter ces observations avec de nouvelles propositions pour des télescopes spatiaux et au sol. Nous chercherons aussi à modéliser le MIS en utilisant une structure et une topologie la plus réaliste possible, comprenant régions HII, régions de photodissociation, nuages moléculaires et MIS diffus. Le doctorant sera aussi amené à interagir avec de nombreux collaborateurs venant de plusieurs consortia internationaux.



À la fin de cette thèse, le doctorant aura acquis une solide base technique (observations et base de données), numérique (analyse de données / écriture et utilisation de codes), physique (compréhension approfondie des processus élémentaires) et astrophysique (interprétation générale, implications cosmologiques). De nombreuses expertises pourront être mises en valeur en vue de la préparation ou de l'utilisation d'observatoires futurs comme JWST, Athena ou SPICA, ou dans des applications possibles en simulations numériques.
Contribution à la conception d’un IRM très haut champ

SL-DSM-16-0301

Domaine de recherche : Electromagnétisme - Electrotechnique

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

Laboratoire d'Etudes des Aimants Supraconducteurs (LEAS)

Saclay

Contact :

Lionel QUETTIER

Bertrand BAUDOUY

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

Contact :

Lionel QUETTIER

CEA - DSM/IRFU

0169085865

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sacm/index.php

Voir aussi : http://www-dsv.cea.fr/dsv/instituts/institut-d-imagerie-biomedicale-i2bm/services/neurospin-neurospin

Il est nécessaire pour améliorer la qualité des images fournies par les IRM d’augmenter l’intensité du champ magnétique. A ce jour, les IRM dédiés à l’homme les plus puissants atteignent des champs de 10 T et bientôt 11.75 T avec le projet Iseult du CEA. Cette augmentation du champ nécessite de construire des électro-aimants supraconducteurs toujours plus grand et de développer des conceptions magnétiques originales. Le projet Iseult a conduit les équipes de de l’Irfu à imaginer de nouvelles conceptions magnétiques dont certaines sont déjà brevetées. La thèse se déroulera au sein de l’équipe en charge de la conception et réalisation de l’aimant Iseult. L’objectif de l’étude est de proposer une conception magnétique originale basée sur les travaux antérieurs de l’équipe d’accueil. Cette conception devra être basée sur une étude détaillée de la protection. Les codes existants de l’équipe seront enrichis afin de pouvoir estimer les sollicitations mécaniques, les pics de température et tension lors de cet évènement. A l’issue de la thèse, le doctorant aura acquis l’ensemble des compétences nécessaires à la conception d’un aimant supraconducteur. Il aura de plus développé un outil de conception multi physiques basé sur les éléments finis. Une collaboration est envisagée avec Alstom/Belfort en charge de la construction de l’aimant Iseult.
Nouvelle génération d’aimants supraconducteurs à haut champ avec des conducteurs innovants

SL-DSM-16-0238

Domaine de recherche : Electromagnétisme - Electrotechnique

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

Laboratoire d'Etudes des Aimants Supraconducteurs (LEAS)

Saclay

Contact :

Christophe BERRIAUD

Frédéric BOUILLAULT

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

Contact :

Christophe BERRIAUD

CEA - DSM/IRFU/SACM/LEAS

0169084466

Directeur de thèse :

Frédéric BOUILLAULT

Supelec - GeePs

+33 - (0)1 - 69 85 16 38

Voir aussi : http://irfu-i.cea.fr/Sacm/index.php

Les très grands instruments de recherche (TGIR) et la recherche fondamentale associée nécessitent des électro-aimants supraconducteurs produisant des champs magnétiques intenses dans de grands volumes. Le choix de l’intensité du champ et du volume magnétisé sont déterminants tant pour la définition du supraconducteur que pour la température de fonctionnement. A ce jour, dans une gamme jusqu’à environ 10 teslas, le niobium titane, opéré à une température entre 1.8 kelvin et 5 kelvins, est un matériau supraconducteur incontournable pour ces applications. Le seul nouveau supraconducteur actuellement commercialisé et potentiellement concurrentiel à ce dernier est le MgB2. Ses performances supraconductrices, progressant d’années après années, viennent d’atteindre celle du niobium titane à 10 teslas et 4,2 kelvins. Il a deux avantages majeurs. Il permet d’envisager une température de fonctionnement entre 10 kelvins et 20 kelvins, et son coût de production devrait devenir inférieur à celui du niobium titane. Un aimant conçu à partir de ce nouveau matériau verra donc sa cryogénie simplifiée, ses coûts de réalisation et fonctionnement baissés. Cette nouvelle génération d’aimants trouvera ses applications dans les aimants hauts champs pour la physique, par exemple pour les aimants des détecteurs du Future Circular Collider du CERN, dans le domaine des technologies pour la santé, par exemple pour les aimants nécessaire à l’imagerie par résonnance magnétique (IRM).

Notre laboratoire dispose tant d’une expertise en cryomagnétisme reconnue à l’international, que des équipements de caractérisations cryogéniques indispensables à la qualification d’un nouveau supraconducteur pour des applications de champ intense. De plus, nos partenaires tant académiques (CERN, Laboratoire National des Champs Magnétiques Intense LNCMI…) qu’industriel (Alstom, SigmaPhi, …) sont des atouts supplémentaires pour conduire, développer et diffuser de tels travaux de recherche.

Intégration de capteurs à transition supraconductrice (TES) haute impédance pour la réalisation de spectro-imageurs X pour l’astrophysique spatiale, et développement de l’électronique cryogénique associée.

SL-DSM-16-0597

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique

Laboratoire d'accueil :

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

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

Saclay

Contact :

Xavier de la BROÏSE

Jean-Luc SAUVAGEOT

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

Contact :

Xavier de la BROÏSE

CEA - DSM/IRFU/SEDI/STREAM

0169084093

Directeur de thèse :

Jean-Luc SAUVAGEOT

CEA - DSM/IRFU/SAp/LSIS

0169088052

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

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



Deux technologies de thermomètres ont été utilisées jusqu’ici : les thermomètres à transition métal-isolant (MIS), de haute impédance, et les thermomètres à transition supraconductrice (TES), de très basse impédance. Chacune nécessite une électronique de lecture très spécifique. Les hautes impédances ont l’avantage d’une faible dissipation thermique qui autorise un plus grand nombre de pixels, tandis que les TES très basse impédance laissent espérer une meilleure résolution spectrale. Or récemment, un nouveau type de thermomètres a été mis au point : il s’agit de TES haute impédance, permettant potentiellement de concilier les avantages de l’un et l’autre types de détecteurs.



Le travail de thèse consistera à évaluer l’intérêt de cette nouvelle voie prometteuse en la mettant pour la première fois en œuvre. Pour cela une chaîne de détection de quelques voies sera créée, intégrant ces nouveaux thermomètres haute impédance. La difficulté principale tient dans ses conditions de mise en œuvre : le détecteur doit être placé dans un cryoréfrigérateur pour être refroidi à très basse température (50 mK), et doté d’une électronique cryogénique, à concevoir, fonctionnant à 4 K. Celle-ci devra assurer non seulement l’amplification du signal, mais aussi la contre-réaction électrothermique active du détecteur (ce qui sera également une première), et ceci en satisfaisant aux contraintes de bruit et de dissipation thermique extrêmement sévères qu’exige la cryogénie spatiale.



Une fois ce nouveau détecteur évalué, le travail consistera à étudier une électronique cryogénique intégrée (ASIC) d’amplification et de multiplexage, capable de lire les milliers de pixels composant un spectro-imageur.
Trajectrographe Silicium innovant pour la détection des rayonnements ionisants permettant d’atteindre une haute précision temporelle

SL-DSM-16-0618

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique

Laboratoire d'accueil :

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Fabienne ORSINI

Claude GUYOT

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

Contact :

Fabienne ORSINI

CEA - DSM/IRFU/SEDI

+33 1 69 08 80 07

Directeur de thèse :

Claude GUYOT

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 55 74

Voir aussi : http://atlas.web.cern.ch/Atlas/Collaboration/

Les grandes expériences de physique de demain (telle que l’amélioration de l’expérience ATLAS auprès du collisionneur LHC à haute luminosité) exigent des trajectographes capables de détecter des rayonnements ionisants avec une précision temporelle et spatiale sans précédent. Avec l’augmentation drastique du nombre de collisions de particules, les analyses de physique vont se compliquer, en particulier vers l’avant de l’expérience, où il sera très difficile de relier les traces aux points d’origine et éviter la détection de faux jets de particules créés par l’empilement aléatoire de traces en provenance de plusieurs désintégrations secondaires. Pour remédier à cette difficulté, la solution envisagée consiste à mesurer très précisément le temps d’arrivée des particules afin de rejeter les mauvaises traces. Une résolution ultime en temps de quelques dizaines de picosecondes avec une granularité du détecteur meilleure que 1 mm sera nécessaire. De plus, le détecteur devra résister à un taux de radiation très important. Les performances à atteindre sont au-delà de l’état de l’art des détecteurs existants, ce qui nécessite une innovation technologique combinant des techniques de pointe : détecteurs semi-conducteurs utilisés dans un mode non-standard et circuits micro-électroniques. Le sujet de thèse se propose d’étudier un capteur semi-conducteur à pixels en silicium basé sur une technologie HVCMOS où l’on applique la haute tension. Il faudra innover dans la conception de l’ensemble détecteur-architecture micro-électronique. L’application directe du sujet de thèse est l’expérience ATLAS auprès du collisionneur HL-LHC. De plus, les performances visées intéressent d’autres futurs projets de collisionneurs pour la physique mais également le domaine scientifique de l’imagerie médicale.



L’étudiant travaillera avec les ingénieurs du service d'Electronique des Détecteurs et d'Informatique de l’IRFU pour le détecteur et son électronique associée, ainsi qu’avec les physiciens du service de Physique des Particules sur les questions de la réjection des mauvaises traces. Ces deux services reconnus possèdent des compétences uniques et réunies pour pouvoir répondre à ce challenge.
« Développement d’un spectro-imageur CdTe numérique pour application spatiale»

SL-DSM-16-0590

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique

Laboratoire d'accueil :

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

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

Saclay

Contact :

Olivier GEVIN

Olivier Limousin

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

Contact :

Olivier GEVIN

CEA - DSM/IRFU/SEDI

0169081716

Directeur de thèse :

Olivier Limousin

CEA - DSM/IRFU/SAp

0169086294

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

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=3257

Le CEA, le CNES et 3D PLUS sont partenaires dans la réalisation de spectro-imageurs miniatures à base de CdTe pixélisés à très haute résolution spectrale et spatiale pour des applications en astrophysique spatiale dans le domaine des rayons X durs (2-250 keV). Le projet de R&T MC2 a pour ambition de concevoir un module 3D de ce type à sorties numériques, aboutable sur 4 côtés et intégrant 4096 voies de spectroscopies au pas de 300 µm sur une surface typique de 4 cm2.

Le but de cette thèse en microélectronique et instrumentation est de concevoir un prototype 2D du module final. Pour y parvenir, le premier travail sera d’imaginer, d’un point de vue système, le module dans sa globalité : définir les interfaces et protocoles de communication entre les différentes briques de base du module : Détecteur CdTe pixelisé, ASIC analogique de spectrométrie et ASIC de conversion analogique numérique.

Ceci nous permettra de définir la géométrie du module puis de définir et concevoir son cœur : la puce D2R2, évolution à 1024 pixels optimisée de la puce D2R1 déjà conçue et testée par le laboratoire. Une fois réalisées, quatre de ces puces seront connectées « à plat » à quatre puces de conversion analogique numériques OWB-1 pour former le module 2D complet de spectro-imagerie à sortie « full » numérique qu’il ne restera « plus » qu’à caractériser.

Étude de boucles de circulation naturelle cryogéniques

SL-DSM-16-0047

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

Laboratoire Cryogénie et Stations d'Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

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

Contact :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sacm/index.php

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

SL-DSM-16-0046

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

Laboratoire Cryogénie et Stations d'Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

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

Contact :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sacm/index.php

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

SL-DSM-16-0048

Domaine de recherche : Energie, thermique, combustion, écoulements

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

Laboratoire Cryogénie et Stations d'Essais (LCSE)

Saclay

Contact :

Bertrand BAUDOUY

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

Contact :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Directeur de thèse :

Bertrand BAUDOUY

CEA - DSM/IRFU/SACM/LCSE

0169084207

Les caloducs pulsés sont des dispositifs de transfert de chaleur diphasiques étudiés pour le refroidissement d’aimants supraconducteurs. Associés à des cryo-générateurs, ils constituent le lien thermique entre la source de froid et le système à refroidir, très performants, avec des conductivités thermiques équivalentes supérieures à celles des matériaux utilisés en cryo-magnétisme. Le travail de thèse comprend la caractérisation thermo-hydraulique expérimentale de ces caloducs pulsés, la détermination des transferts de chaleur et les limites de fonctionnement avec différents fluides (principalement l’azote mais d’autres fluides comme le néon pourront aussi être étudiés). Les mesures expérimentales seront couplées à des modélisations numériques. La thermo-hydraulique de ces écoulements sera étudiée en développant un code 1D (Fortran, C++ ou Comsol®) permettant de modéliser les oscillations de pression, la dynamique de la phase liquide ainsi que le transfert de chaleur en paroi. Cette étude pourra être couplée avec une étude CFD 2D ou 3D sous le solveur Navier Stockes Fluent© pour un caloduc de taille plus petite ou sur une portion de tube capillaire permettant d’isoler les phénomènes physiques et de reproduire plus fidèlement le comportement de la phase liquide. La caractérisation des phénomènes physiques sera aussi possible grâce à un système de visualisation couplant camera rapide et panneaux LED éclairant une partie du PHP.
Conception et réalisation d’un émittancemètre 4D

SL-DSM-16-0583

Domaine de recherche : Instrumentation

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

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

Saclay

Contact :

Franck SENEE

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

Contact :

Franck SENEE

CEA - DSM/IRFU/SACM/LEDA

0168087611

Directeur de thèse :

Franck SENEE

CEA - DSM/IRFU/SACM/LEDA

0168087611

Développement d’un émittancemètre 4D de large acceptance capable de mesurer un faisceau de faible énergie (qq KeV) et d’énergie intermédiaire (qq MeV). La conception de cet instrument résolument innovant, devra nécessairement s’appuyer sur des études théoriques et de la R&D dans de nombreux domaines tels la conception mécanique, l’optique de précision, la conception, le refroidissement et le choix des matériaux, le choix et l’analyse des performances du scintillateur, et des caméras numériques, le programme d’analyse des données recueillies, la mise en œuvre et la comparaison avec d’autres instruments tels qu’un émittancemètre classique de type Allison-scanner. L’émittancemètre 4D permettra de mesurer la distribution du faisceau dans l’espace des phases transverse (X, X’, Y, Y’) avec une précision inégalée. Il apportera un progrès significatif dans notre compréhension des phénomènes physiques complexes, présents en particulier dans les lignes basse énergie.
Gestion numérique des connaissances sur les innovations des grands instruments.

SL-DSM-16-0779

Domaine de recherche : Instrumentation

Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique

Laboratoire Dynamique des Etoiles et de leur Environnement (LDEE)

Saclay

Contact :

Vincent Bontems

Vincent MINIER

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

Contact :

Vincent Bontems

CEA - DSM/IRFU

0169087094

Directeur de thèse :

Vincent MINIER

CEA - DSM/IRFU/SAp/LDEE

0169086319

Nous proposons d’extraire, de formaliser et de valoriser numériquement les connaissances technologiques sur les innovations apparues au cours des processus de conception et de concrétisation des lignées de grands instruments. L'un des systèmes étudiés sera la mission spatiale Euclid.

L’objectif de cette thèse est (1) d’étudier un grand système technique d’intérêt pour le CEA et ses partenaires (dont le CNES) (2) d’en diagrammatiser les processus de conception et de concrétisation (3) d’en capitaliser les données et de les visualiser au moyen de dispositifs numériques.

Imagerie TEP innovante: Détecteur chambre à ionisation liquide permettant une cartographie performante des interactions Gamma

SL-DSM-16-0049

Domaine de recherche : Instrumentation

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Cosmologie Millimétique

Saclay

Contact :

Dominique YVON

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

Contact :

Dominique YVON

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

01 6908 3625

Directeur de thèse :

Dominique YVON

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

01 6908 3625

DESCRIPTION ET PROBLEMATIQUE

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 produit 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 (« cartographie ») permet de reconstruire des images précises et contrastées. Ceci est particulièrement utile pour l’imagerie neurologique (cerveaux) et préclinique (modèles animaux sur rongeurs).

Dans cette thèse nous proposons de développer un détecteur chambre à ionisation densément pixélisé. Il utilise un liquide particulièrement efficace pour l’imagerie TEP. La thèse consistera à améliorer la procédure de purification de ce liquide, à participer à la construction, puis mesurer, puis modéliser les performances des détecteurs tests puis du prototype détecteur de charge CaLIPSO.

Les principes du détecteur CaLIPSO ont fait l’objet d’un brevet étendu à l’international. Il devrait permettre de réaliser des imageurs TEP neurologiques de performances très améliorées. C'est un exemple de la volonté des physiciens des particules à faire bénéficier la société des technologies de détection de rayonnement où ils excellent.



TRAVAIL PROPOSE

Participation à la conception et au développement des détecteurs. Etude, réalisation et montage du détecteur, dans tous ses aspects: mécaniques et électronique (analogique et numérique). Simulation de détecteur avec le logiciel Geant4. Caractérisation et optimisation des performances de détection. Projection vers le détecteur TEP « taille clinique » avec la technologie développée.



FORMATION REQUISE

• Connaissances en physique subatomique : interactions rayonnement matière, radioactivité, et instrumentation de détection des particules.

• Un gout affirmé pour le travail expérimental et après l’analyse des donnés acquises lors de ce travail.

• Etre à l’aise avec la programmation (connais-sance en Geant4 et C++ sera un plus).



COMPETENCES ACQUISES

Instrumentation, modélisation et simulation de détecteurs. Techniques de vide, et d’ultra-propreté. Bases des techniques d’évaporation en couches minces. Mise en œuvre d’électroniques ASIC.



GROUPE/LABO/ENCADREMENT

Vous serez accueilli à l’IRFU au Service de Physique des Particules et travaillerez en collaboration étroite avec le Service d’Electronique Détecteurs et Informatique. Le groupe CaLIPSO comprend trois physiciens et un ingénieur plein temps. Nous accueillons actuellement deux étudiants. Nous collaborons étroitement avec le CNRS/CSNSM sur les aspects physique du solide (couches minces résistives), le CEA/SHFJ pour les simulations de machines d’imagerie médicale et enfin avec l’environnement scientifique CEA, en particulier le Programme Transversal TechnoSanté, la DSM/IRAMIS, mais aussi DEN/DANS et DRT/LIST.



Le projet WA105 : Etude d’un prototype de TPC en argon liquide double phase utilisant des détecteurs MPGD

SL-DSM-16-0653

Domaine de recherche : Instrumentation

Laboratoire d'accueil :

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Alain DELBART

Edoardo MAZZUCATO

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

Contact :

Alain DELBART

CEA - DSM/IRFU/SEDI/DEPHYS

+33169083454

Directeur de thèse :

Edoardo MAZZUCATO

CEA - DSM/IRFU/SPP/TK2

+33169084476

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

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Spp/index.php

Dans le cadre de la création d’une plateforme neutrinos au CERN, la collaboration WA105 se propose de construire et de tester un démonstrateur de 300 tonnes d’argon liquide (6x6x6m3) pour l’observation tridimensionnelle des produits d’interaction des neutrinos.

La technologie choisie repose sur l’utilisation d’une Chambre à Projection Temporelle utilisant des détecteurs MPGD (Micro Pattern Gaseous Detectors) fonctionnant en argon liquide double phase (liquide-gas). Ce démonstrateur sera construit d’ici 2018 et sera testé en faisceau au CERN avec des particules chargées de 1 à 20 GeV/c. En parallèle, un prototype de plus petite taille (3m3) sera réalisé en 2016 pour valider les choix techniques retenus pour la construction du démonstrateur.



Evoluant au sein de la collaboration internationale WA105, le doctorant participera à l’effort de R&D sur le développement et l’utilisation de détecteurs MPGD pour une TPC en argon double phase. Le doctorant travaillera notamment sur l'optimisation des performances des détecteurs en termes de gain d'amplification et de résolution en énergie dans des conditions d'argon ultra pur. Il travaillera également sur l’analyse des données recueillies avec source ou sur banc cosmique avec différents prototypes. Notamment, il participera aux essais effectués au CERN sur le prototype de TPC de 3x1x1m3. Le doctorant travaillera aussi sur la simulation des prototypes utilisés pour la compréhension des performances des détecteurs. Il participera à la mise en œuvre du banc de test pour la phase de production des détecteurs MPGD ainsi qu'à la validation des détecteurs qui seront utilisés pour le démonstrateur WA105. Le doctorant pourra également contribuer aux études sur la physique du neutrino dans le cadre du programme futur DUNE aux U.S.A..

Etudes de la diffusion Thomson incohérente dans les plasmas utilisés en propulsion ionique, en dépôt de couches minces et dans les sources d'ions mono-chargés de type ECR.

SL-DSM-16-0373

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

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

Saclay

Contact :

Olivier TUSKE

Stéphane Mazouffre

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

Contact :

Olivier TUSKE

CEA - DSM/IRFU/SACM/LEDA

+33 1 69 08 68 20

Directeur de thèse :

Stéphane Mazouffre

CNRS - ICARE

Il existe un intérêt croissant pour les sources plasma à haute densité et basse pression qui répondent aux exigences modernes des domaines des nanostructures, de la production de particules chargées ou bien de propulsion électrique. Les sources plasma à résonance cyclotronique électronique (Electron Cyclotron Resonance) sont le premier étage des accélérateurs à très hautes énergie d’ions utilisés en physique nucléaire. Les faisceaux d’ions générés par ECR sont utilisés en microélectronique tandis que le propulseur à plasma de Hall est utilisé depuis deux décennies pour le positionnement des satellites de télécommunications.

Malgré leurs performances élevées et leur usage étendu, la connaissance des propriétés du nuage électronique, comme sa température et sa densité, reste lacunaire, alors que cela résoudrait certains problèmes en physique des plasmas tel que le transport des électrons à travers les pièges magnétiques. Les diagnostics traditionnels sont malheureusement inadaptés. Les sondes électrostatiques par exemple perturbent le plasma dans lequel elles sont insérées. De tels outils invasifs sont également endommagés par les hautes températures du plasma. Enfin, la théorie actuelle des sondes électrostatiques échoue à décrire les zones fortement magnétiques du plasma où la connaissance des propriétés électroniques est la plus critique.

La modélisation de ces sources nécessite une meilleure compréhension des propriétés électroniques de ces systèmes, afin (i) de s’affranchir d’une approche purement empirique dans l’amélioration de leur performance, (ii) de prévoir les régimes de fonctionnement, et (iii) de les optimiser en vue de leurs applications (couches minces, faisceaux de particules, etc).
Apprentissage et restauration en traitement d'images

SL-DSM-16-0951

Domaine de recherche : Mathématiques - Analyse numérique - Simulation

Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jérôme Bobin

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

Contact :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Directeur de thèse :

Jérôme Bobin

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LCS

0169084463

Voir aussi : http://jbobin.cosmostat.org

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

Les problèmes inverses jouent un rôle central dans un très grand nombre d'applications allant de la télédétection, à l'imagerie biologique ou à l'astrophysique. Dans ces différents domaines, les données observées sont le plus souvent perturbées ou dégradées tant par la présence de bruit que d'effets instrumentaux souvent modelisés par un opérateur linéaire (e.g. convolution, données manquantes, etc.). L'estimation précises des données requièrent de fait l'inversion de cet opérateur à partir de données le plus souvent entâchées de bruit.

Les méthodes de l'état-de-l'art sont fondées sur la modélisation parcimonieuse des données dans un domaine adapté au contenu informatif des données à restaurer. Récemment, l'introduction de méthodes d'apprentissage de représentations a permis une amélioration significative de la capacité de tels modèles à représenter des données complexes. Cependant, ces méthodes sont limitées à la modélisation d'une relation linéaire entre les données et leur domaine de représentation. Elles sont de fait loin d'être adaptées pour la représentation parcimonieuse de données physiques qui, le plus souvent, vivent sur des variétés nécessitant la prise en compte d'une relation non-linéaire.

L'objectif de cette thèse est l'extension des méthodes d'apprentissage de dictionnaire au cas non-linéaire et leur application à restauration d'images.

Thin-bulk MICROMEGAS : étude, opimisation et développement des détecteurs gazeux MICROMEGAS pour les applications à haute pression et haut flux

SL-DSM-16-0797

Domaine de recherche : Mathématiques - Analyse numérique - Simulation

Laboratoire d'accueil :

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Alain DELBART

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Alain DELBART

CEA - DSM/IRFU/SEDI/DEPHYS

+33169083454

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS

CEA - DSM/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169083852

Le sujet concerne l'optimisation des performances du détecteur gazeux "Micormegas" pour les applications à haute pression et haut flux de particules. Ce détecteur, inventé à l'IRFU/SEDI il y a 20 ans, est aujourd'hui l'un des détecteurs gazeux à anode microstructurée (MPGD) les plus utilisés en physique des particules et nucléaire dans le monde. Evoluant au sein de la collaboration internationale CERN/RD51 sur les MPGD, dirigée par le CERN et le CEA/Irfu, Le doctorant participera à l’effort de R&D sur l’optimisation des détecteurs "bulk-micromegas" dont l'IRFU/SEDI est le leader mondial. Il s’appuiera sur les codes de simulations disponibles dans le domaine (GARFIELD++, MAGBOLTZ, COMSOL) pour développer les outils de modélisation des processus physiques impliqués dans le fonctionnement du détecteur (ionisation du gaz, transport des charges, amplification par avalanche) et guider les principaux choix de conception des prototypes. Il participera au programme de développement des prototypes et sera associé à l’équipe d’ingénieurs et techniciens en charge de leur conception et réalisation. Il participera aux tests de caractérisation et qualification ainsi qu’aux tests de mesures de performances avec des sources radioactives, des rayons cosmiques ou sur faisceau de particules sur accélérateur.
Etude des paramètres optimaux d'une fibre optique à retournement de photons pour un concentrateur solaire quantique

SL-DSM-16-0413

Domaine de recherche : Optique - Optique laser - Optique appliquée

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Neutrinos-accélérateurs

Saclay

Contact :

Olivier Besida

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

Contact :

Olivier Besida

CEA - DSM/IRFU/SPP

01.69.08.70.27

Directeur de thèse :

Olivier Besida

CEA - DSM/IRFU/SPP

01.69.08.70.27

Voir aussi : http://www.eupvsec-planner.com/speaker/192939/Besida.htm

Afin d'approfondir la connaissance sur le fonctionnement d'un concentrateur solaire quantique innovant, nous proposons l'étude des paramètres du guide d'onde et de la microstructure à cristal photonique d'une fibre optique à retournement de photons afin de maximiser la collecte des photons solaires ainsi que le couplage photonique à la cellule photovoltaïque. Le processus quantique au cœur de ce concentrateur solaire quantique statique transforme un faisceau polychromatique et multidirectionnel en un faisceau monochromatique et monodirectionnel au maximum d'efficacité quantique du semiconducteur. Cette nouvelle technologie de l'énergie ouvre une perspective sur une rupture scientifique et technologique de première importance, associée à une rupture économique. Ce concept innovant a fait l'objet d'un dépôt de brevet par le CEA. Cette technologie innovante à la croisée de l'énergie solaire photovoltaïque, de la photonique, des nanotechnologies est issues de la R&D sur un concept de détecteur de neutrinos pour le recherche fondamentale au CEA. L'étudiant intègrera l'équipe transversale sur deux instituts (IRFU et IRAMIS) aux compétences variées (optique quantique, cristaux photoniques, électromagnétisme, fluorescence)qui porte le projet QUYOS dans le cadre de DSM-ENERGIE. Le travail de thèse consistera à modéliser et simuler sur ordinateur les processus fondamentaux de photonique quantique de rayonnement et de propagation dans le couplage entre le guide d'onde de cœur de la fibre avec une microstructure à cristal photonique.
Extension aux ordres supérieurs de l'approche ab initio de fonctions Gorkov-Green pour les noyaux atomiques

SL-DSM-16-0974

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Vittorio SOMA

Thomas DUGUET

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

Contact :

Vittorio SOMA

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

0169083236

Directeur de thèse :

Thomas DUGUET

CEA - DSM/IRFU/SPhN

0169082338

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sphn/index.php

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

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

Le travail proposé visera à développer les premiers outils pour aller dans ce direction. Il exploitera les dernières démarches en théorie nucléaire faisant notamment usage des interactions issues de la théorie effective des champs chirale, des techniques de groupe de renormalisation, des codes et ressources de calcul haute performance. Il se agira donc de procéder à une étape de développement formel, à l'écriture du code de calcul et l'application de la nouvelle technologie à des cas d'intérêt expérimental.
Vers ''l’ilot de stabilité'' de Super-Lourd : Spectroscopie de 250No et 244Cf

SL-DSM-16-0663

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Barbara Sulignano

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

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

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2650

Les travaux de thèse seront principalement axés sur des expériences réalisées à l’université de Jyväskylä (Finlande): isotopes de Nobelium et de Californium. L’objectif est de réaliser la spectroscopie retardé et prompte de ces noyaux dans le but d’étudier leur structure : configurations de particules individuelles et propriétés collectives (déformation, rotation). Les données sont était déjà prises cette année 2015, il s’agira d’analyser des données expérimentales ; les propriétés collectives et configurations de particules seront finalement comparées aux modèles théoriques.



Nous proposons également de contribuer aux développements de nouveaux instruments pour GANIL/Spiral2 : nouveau Super Séparateur Spectromètre S3 pour les faisceaux ultra-intenses de Spiral2 et développent du mode spectromètre à gaz de VAMOS toujours au GANIL.



Conception de profileurs non intrusifs pour le faisceau de protons de ESS

SL-DSM-16-0928

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs

Laboratoire d'accueil :

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

LAboratoire des SYstèmes de Détection (LASYD)

Saclay

Contact :

Jacques MARRONCLE

Esther FERRER RIBAS

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

Contact :

Jacques MARRONCLE

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LASYD

(33) 1 69 08 74 88

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS

CEA - DSM/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169083852

Voir aussi : https://europeanspallationsource.se/

European Spallation Source (ESS) est une installation en cours de construction à Lund (Suède) pour l'étude de la structure de matériaux par diffusion neutronique. Cette machine consiste en un accélérateur linéaire de protons de 2 GeV (5 MW) qui produira un haut flux de neutrons lors de sa collision avec une cible de tungstène. Une fois ralentis, ces neutrons sont conduits sur les échantillons à étudier.

Des diagnostics caractérisant le faisceau doivent être implantés judicieusement le long de l’accélérateur, afin de le guider en toute sécurité. Notre objectif est de développer des profileurs, forcément non intrusifs pour ne pas les endommager sous l’impact des protons. Leur principe de fonctionnement est basé sur l’ionisation du gaz résiduel présent à faible quantité dans l’accélérateur (10-9 mbar), produits que l’on fait dériver transversalement sous l’influence d’un champ électrique. Les signaux récupérés donnent ainsi une projection du profil du faisceau. Plusieurs défis sont à relever : la faiblesse du signal, l’uniformité du champ électrique, la distorsion du profil due à la charge d’espace…

Votre implication s’étalera sur toutes les phases du projet : l’étude de faisabilité, la fabrication d’un prototype suivi de tests sur accélérateurs, la fabrication des profileurs impliquant des contacts avec des industriels puis l’installation et les tests à ESS. De nombreux domaines de physique expérimentale seront abordés : les processus nucléaires, les accélérateurs, les matériaux, les simulations, l’électronique (sensibilité, bruit de fond…), l’acquisition de données lors des tests et leurs analyses, le management de projet.

Des sources d’ions légers innovantes pour atteindre intensités record

SL-DSM-16-0614

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

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

Saclay

Contact :

Olivier TUSKE

Nicolas CHAUVIN

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

Contact :

Olivier TUSKE

CEA - DSM/IRFU/SACM/LEDA

+33 1 69 08 68 20

Directeur de thèse :

Nicolas CHAUVIN

CEA - DSM/IRFU/SACM/LEDA

+33 1 69 08 73 23

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sacm/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstechnique.php?id_ast=1229&id_groupe=295

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.
Dynamique des faisceaux de particules pour les upgrades du LHC

SL-DSM-16-0121

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

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

Saclay

Contact :

Barbara Dalena

Olivier NAPOLY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2015

Contact :

Barbara Dalena

CEA - DSM/IRFU/SACM/LEDA

+33169086197

Directeur de thèse :

Olivier NAPOLY

CEA - DSM/IRFU/SACM

(33) 1 69 08 84 52

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

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

Voir aussi : www.cern.ch

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

SL-DSM-16-0205

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

elizabeth Locci

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

Contact :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Directeur de thèse :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

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

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

Dans le cadre d’un modèle aussi prédictif que le modèle standard (SM), la mesure précise de masse du boson W et de sa largeur est sensible aux corrections radiatives, et peut être utilisée pour valider la cohérence du modèle et placer des limites sur les prédictions pour une nouvelle physique au delà du modèle standard (BSM). Si cette dernière n’est pas directement observée au LHC, la mesure des propriétés du boson W pourrait devenir d’une importance capitale pour placer des limites sur l’existence de nouvelles particules qui se coupleraient au W. L’ajustement global du Modèle Standard aux mesures de précision du LEP, régulièrement effectué par les groupes de travaux sur les mesures électrofaibles, ont démontré l’impressionnante puissance prédictive de l’unification électrofaible et des corrections radiatives. Ce fit (ajustement) a été revu pour y insérer les contraintes résultant des mesures du Tévatron. Gfitter est un outil caractérisé par des modèles théoriques prédictifs, et une analyse statistique des résultats du fit en utilisant des techniques de simulation Monte-Carlo. Les mesures de précision du LHC et des futurs collisionneurs seront incorporées comme des contraintes additionnelles.

Parmi les différentes options possibles pour accroître la précision des mesures faites au LHC, un collisionneur circulaire e+e- (FCC-ee) semble offrir le meilleur potentiel pour atteindre les luminosités intégrées nécessaires pour obtenir les précisions requises. Avec plus de 2 x 108 paires de W produites à une énergie dans le centre de masse au seuil de production de la paire et au delà (2.5 x 107 paires à 161 GeV), FCC-ee sera une véritable fabrique de Ws. L’incertitude sur la mesure de la masse du W est dominée par la contribution statistique de 1 MeV attendue pour chaque expérience. La contribution systématique devra néanmoins être contrôlée.

Le choix du détecteur est intimement lié aux exigences de la physique à explorer et aux conditions de fonctionnement du collisionneur. Il est donc nécessaire de définir ces exigences afin de déterminer les caractéristiques du détecteur permettant d’atteindre la précision requise.

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

SL-DSM-16-0207

Domaine de recherche : Physique des accélérateurs

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Philippe Schwemling

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

Contact :

Philippe Schwemling

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

33 1 69 08 85 85

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

33 1 69 08 85 85

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

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

La recherche directe de particules signant l’existence de phénomènes physiques au-delà du Modèle Standard ou l’approche complémentaire consistant à mesurer le plus précisément des observables du Modèle Standard, calculables avec une très grande précision pourront se faire à l’horizon 2030 auprès d’un collisionneur électron-positron, qu’il soit linéaire (projet ILC) ou circulaire (projet FCC-ee/TLEP). Dans tous les cas, les détecteurs destinés à exploiter les collisions doivent être d’une stabilité et d’une précision inégalée, afin de permettre des mesures à 10-5 près.

Une technique de détection attractive pour les expériences pour détecter les traces chargées est la chambre à projection temporelle (TPC), dont le principe est représenté sur la figure 1 : Les particules chargées produites au point de collision voient leur trajectoire courbée par le champ magnétique dans lequel baigne le détecteur. La mesure de la courbure de la trajectoire permet de remonter à l’impulsion de la particule. Lors de leur parcours dans le volume gazeux, les particules chargées ionisent le gaz sur leur passage (« primary ionisation »). Les électrons d’ionisation dérivent sous l’effet combiné du champ électrique et du champ magnétique jusqu’à l’extrémité du détecteur, où ils sont amplifiés par effet d’avalanche dans un détecteur gazeux (plans de chambres proportionnelles multi-fils de Charpak par le passé, actuellement plutôt des détecteurs micro-gravés de type Micromegas, dont la résolution est bien meilleure).

Le mécanisme d’amplification génère énormément d’ions positifs (« secondary ionisation »), tout comme d’ailleurs l’ionisation primaire due aux traces chargées : le détecteur reste en effet électriquement neutre. Une fraction de l’ionisation (de l’ordre de 1% avec les architectures de détection actuelles) générée par le processus d’amplification parvient dans le volume de dérive, où il génère une charge d’espace qui induit des distorsions dans les trajectoires des électrons, et partant, des distorsions sur les paramètres géométriques des traces reconstruites. Or, il faudrait que la fraction d’ions relâchée dans le volume de dérive ne dépasse 0.1%. Il subsiste donc un travail essentiel d’amélioration, qui passe par une compréhension fine des phénomènes mis en jeu, ainsi que la conception de dispositifs de blocage des ions (« gating »), Ceux-ci ne peuvent toutefois pas être utilisés dans tous les cas.

Détecteur Pixel MOS à Grille Piégeante

SL-DSM-16-0377

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

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

Contact :

Nicolas FOURCHES

CEA - DSM/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169086164

Directeur de thèse :

Nicolas FOURCHES

CEA - DSM/IRFU/SEDI/DEPHYS

0169086164

Voir aussi : “A novel CMOS detector based on a deep trapping gate”, Nicolas T. Fourches, Nuclear Science Symposium Conference Record (NSS/MIC, 2010), p 655-658, Oct. 30 2010-Nov. 6, 2010, Knoxville, Tennessee. : 10.1109/NSSMIC.2010.5873840); http://dx.doi.org/10.1109/NSSMIC.2010.5873840 ; “Semiconductor Device“, US Patent Application 12640565, Filed 17, 2009, Issued 3 May 2011,US Patent US7936018, Commissariat à L’Energie Atomique, inventor : Nicolas Fourches, Les Ulis, www.google.com/patents/US7936018

Motivations



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

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



CONTENU DU TRAVAIL DE THESE :



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

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

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

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









Développement de détecteurs Micromegas pour une TPC au Xénon gazeux sous pression, dans le cadre de l'expérience PandaX-III de détection d'événements double-beta sans neutrino

SL-DSM-16-0698

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Damien NEYRET

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

Contact :

Damien NEYRET

CEA - DSM/IRFU/SPhN/LSN

01 69 08 75 52

Directeur de thèse :

Damien NEYRET

CEA - DSM/IRFU/SPhN/LSN

01 69 08 75 52

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/index.php

Depuis toujours le neutrino est entouré d'une aura de mystère et de complexité. Sa nature n'est pas encore déterminée, du fait de sa neutralité, le neutrino peut être identique à son antiparticule (dans ce cas on dit que le neutrino est une particule de Majorana, une particule de Dirac dans le cas contraire). Si le neutrino est de Majorana, alors un processus interdit par le Modèle Standard devient possible: la double désintégration beta sans émission de neutrino. L'expérience proposée PandaX-III consiste à mesurer la cinématique d'événements de désintégration double-beta de noyaux de Xénon 136 dans une grande masse de Xénon gazeux à 10 bars, afin de distinguer la réaction recherchée des différents bruits de fonds (double-beta classique, contamination d'autres noyaux radioactifs, rayons cosmiques). Cette expérience prendra place dans le laboratoire souterrain de JinPing (province du Sichuan, Chine) à partir de 2017 avec un premier module de 200 kg de Xénon, pour arriver àexplorer une masse de 1 tonne avec 5 modules vers 2022. D'importants efforts devront être accomplis pour atteindre une très bonne résolution en éner gie de la mesure de la cinématique, afin de séparer le signal des différents bruits de fonds, ainsi qu'une excellente pureté radiologique du dispositif expérimental.



Afin de mesurer les événements de désintégration, le volume de Xénon gazeux va former une chambre à projection temporelle (Time Projection Chamber, TPC), avec un étage de détection formé de détecteurs gazeux à micro-structure Micromegas. Les électrons de ionisation créés dans la TPC par l'événement de désintégration dérivent vers les détecteurs sous l'action d'un champ électrique, puis traversant une micro-grille ils sont amplifiés grâce à un champ important dans l'espace étroit entre la grille et le plan d'anodes de lecture. Au sein de la collaboration PandaX-III l'IRFU va plus spécifiquement travailler sur le développement de détecteurs Micromegas à grande résolution en énergie et avec une bonne résolution spatiale, ainsi que sur l'électronique de lecture. L'IRFU possède en effet une très grande expérience de ces détecteurs et de l'électronique de lecture à bas bruit nécessaire à leur fonctionnement, du fait de son rôle pionnier dans leurs développements depuis la fin des années 1990. Plusieurs axes de recherche ont été définis pour la conception des détecteurs de PandaX-III: mise en \u0153uvre de détecteurs Micromegas Micro-bulk qui présentent naturellement une très bonne résolution en énergie et qui seront certainement utilisés pour le premier module, développement de détecteurs Micromegas à micro-grille ultra-fine, plus robuste et de plus grande taille, et exploration d'une solution de détection sans amplification avec une électronique de lecture à très bas bruit.



Au sein des équipes du SPhN et du SEDI (Service d'électronique des Détecteurs et d'Informatique) le doctorant participera dans un premier temps aux évaluations des performances de détecteurs Micro-bulk et de leur électronique de lecture dans un environnement gazeux sous pression, puis à la réalisation et la mise en oeuvre des détecteurs pour le premier module. Ce travail inclura le suivi et l'évaluation des performances des détecteurs et de l'électronique en collaboration avec nos partenaires des universités de Saragosse et de Shanghai, ainsi que l'installation sur place et l'analyse des premières données du dispositif expérimental. En parallèle le doctorant participera aux R&D sur les Micromegas à grille fine et sur les détecteurs sans amplification. L'optimisation du design des différents détecteurs et leur adaptation à l'expérience demandera au doctorant de consacrer une partie de son travail à une simulation numérique Monte Carlo de leur fonctionnement que ce soit spécifiquement pour l'étage de détection, ou pour l'ensemble du dispositif expérimental.

ETUDE D’UN DETECTEUR DE TEMPS VOL DE HAUTE RESOLUTION TEMPORELLE ET SPATIALE BASE SUR LA TECHNOLOGIE MICROMEGAS POUR LE LHC A HAUTE LUMINOSITE ET APPLICATION A LA REDUCTION DE L’EFFET D’EMPILEMENT DES COLLISIONS DANS LES ANALYSES DE PHYSIQUE AVEC LE DETECTEUR ATLAS

SL-DSM-16-0163

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Claude GUYOT

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Claude GUYOT

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 55 74

Directeur de thèse :

Claude GUYOT

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 55 74

Dans le contexte de l'amélioration du détecteur ATLAS pour le run a très haute luminosité du LHC qui commencera vers 2025, le doctorant travaillera sur le développement d'un détecteur de temps de vol a très haute résolution temporelle (<30 ps) et de haute granularité spatiale (de l'ordre du mm) basé sur la technique de chambre MicroMegas. L'objectif de ce détecteur est l’amélioration de l'identification du vertex primaire de l'interaction proton-proton au milieu de l'empilement de près de 200 collisions par croisement de paquets de protons attendu au HL-LHC. Un des enjeux a relever sera la tenue au radiations d'un tel détecteur.
Etude de l'autocouplage du boson de Higgs dans le canal reconstruit HH -> bb gammagamma dans CMS

SL-DSM-16-0426

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Serguei GANJOUR

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

Contact :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

Directeur de thèse :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

The limits for the observation of the production of resonant and non resonant Higgs pair

reconstructed into two b-jets and two photons(HH’bbgammagamma) are being established by CMS for RUN-1 of the LHC at 8 TeV. The HH’bbgammagamma’reconstruction using the future RUN-2 data at 13 TeV with the CMS detector will allow the study of the Higgs self coupling, its coupling to the top quark, and the Yukawa top coupling.

Maîtriser la production d'antiatomes

SL-DSM-16-0036

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Antihydrogène

Saclay

Contact :

Patrice PEREZ

Pascal DEBU

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

Contact :

Patrice PEREZ

CEA - DSM/IRFU/SPP/Anti-H

0169083583

Directeur de thèse :

Pascal DEBU

CEA - DSM/IRFU

0169081399

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

Cette thèse se place dans le cadre de l’expérience GBAR au CERN dont l’objectif est de mesurer l’accélération de la pesanteur sur l’antihydrogène. C'est un test direct du principe d'équivalence de la Relativité Générale avec l'antimatière. S'il n'est pas vérifié, cela remettrait en cause la théorie de la gravitation. Cette expérience a été initiée par des physiciens du CEA. La spécificité de l’expérience GBAR est d’utiliser des ions antihydrogène positifs pour produire des atomes d’antihydrogène ultra-froids, permettant une mesure précise de leur chute libre. La température visée est bien en deçà de ce qui a été réalisé jusqu'à présent avec l'antihydrogène. La difficulté est de produire les ions antihydrogène en quantité suffisante : il faut faire interagir des antiprotons sur un nuage de positronium, état lié d’un électron et d’un positron et exploiter les deux réactions successives :

a) antiproton + positronium -> antihydrogène + électron

b) antihydrogène + positronium -> ion antihydrogène + électron

L'expérience induit des développements technologiques de pointe pour la production de positrons et de positronium (qui ont conduit au lancement d'une start-up) et pour le refroidissement des antiatomes.

Le taux de production d'antihydrogène avec ces réactions n’a jamais été mesurée.

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

L’objet de la thèse est de mesurer les sections efficaces en fonction de l’énergie incidente des antiprotons et du niveau d’excitation du positronium cible, car les calculs indiquent une forte dépendance dans ces deux paramètres. Ces mesures sont essentielles pour valider les calculs théoriques et surtout pour optimiser les conditions expérimentales pour GBAR. En effet, les calculs indiquent que le taux de production global augmente de plusieurs ordres de grandeur à basse énergie, mais l'acceptance du faisceau d'antiprotons dans la chambre de réaction, elle, au contraire, décroît très vite.

La mesure de la contrepartie matière de la première réaction est en préparation à Saclay comme étape préliminaire. Elle fait l’objet d’une thèse en cours. Le sujet de thèse couvre donc la mesure de la contrepartie matière de la seconde réaction (b), puis la mesure des réactions avec l’antimatière, le tout au CERN.

GROUPE/LABO/ENCADREMENT

L’équipe d’accueil comprend six physiciens dont le porte-parole de la collaboration, et deux étudiants en thèse. Les mesures proposées sont financées partiellement par l’ANR ANTION. GBAR est une collaboration internationale rassemblant une cinquantaine de physiciens de seize laboratoires.

TRAVAIL PROPOSE

Au démarrage de la thèse, l’expérience sera en cours d’installation au CERN. L’étudiant participera à la préparation de l’expérience (octobre 2016 - mi 2017). Ce travail couvrira le montage des détecteurs ainsi que des calculs de simulation de l’expérience. Les mesures avec des protons et leur analyse suivront : estimation des efficacités, des bruits de fond, calcul des sections efficaces et comparaison avec les mesures à Saclay et les prédictions théoriques. Ces mesures s’étaleront sur 2017 et 2018. Les mesures systématiques avec les antiprotons démarreront à partir du deuxième semestre 2018 quand le faisceau d’antiprotons sera opérationnel. Les résultats seront présentés en conférence et publiés.

FORMATION ET COMPÉTENCES REQUISES

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

COMPÉTENCES ACQUISES

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

COLLABORATIONS/PARTENARIATS

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

CONTACTS

Scientifique :

P. Debu (direction de la thèse) pascal.debu@cea.fr, L. Liszkay (coordinateur de l’ANR ANTION) laszlo.liszkay@cea.fr, P. Pérez (porte-parole de l’expérience) patrice.perez@cea.fr.



Mesure absolue des spectres antineutrinos produits par un réacteur nucléaire à eau pressurisée avec l'expérience Double Chooz

SL-DSM-16-0038

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Double Chooz

Saclay

Contact :

Matthieu Vivier

Thierry Lasserre

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

Contact :

Matthieu Vivier

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169086626

Directeur de thèse :

Thierry Lasserre

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169083649

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

Voir aussi : http://doublechooz.in2p3.fr/Status_and_News/status_and_news.php

Initiée et portée par l'IRFU, Double Chooz est l’une des trois expériences dans le monde situées auprès de réacteurs nucléaires et dédiées à la mesure des oscillations des neutrinos. Elle mesure la probabilité de disparition des antineutrinos électroniques, émis en grande quantité par les deux réacteurs de la centrale de Chooz dans les Ardennes. Deux détecteurs sont utilisés pour faire cette mesure. Le premier détecteur, dit lointain, est situé à environ 1 km des cœurs de réacteurs, distance à laquelle la probabilité de disparition est voisine du premier maximum d'oscillation. Le second détecteur, dit proche, est situé à 400 m des cœurs, distance à laquelle la probabilité d’oscillation est petite. La comparaison des spectres lointain et proche permet alors d’extraire de manière précise le paramètre theta_13 gouvernant ces oscillations, tout en minimisant les incertitudes de mesure.

Outre cette mesure, l’expérience Double Chooz a le potentiel de mesurer précisément la forme et la normalisation absolue des spectres antineutrinos produit par un réacteur nucléaire à eau pressurisée (ci-après spectres/flux d'antineutrinos de réacteur). Les antineutrinos de réacteur résultent de la superposition de milliers de branches beta associées aux décroissances des produits de fission. Leur spectre en énergie s'étend typiquement de 0 à 10 MeV. Des calculs théoriques existent mais restent cependant très incertains, et présentent des désaccords dans la région de 4 à 6 MeV par rapport aux mesures publiées, notamment celle par Double Chooz utilisant uniquement le détecteur lointain. Plusieurs arguments sont avancés pour expliquer ces désaccords et questionnent principalement les modèles utilisés pour prédire le flux de neutrinos attendu. Un autre argument, encore peu exploré, concerne l’étalonnage de la réponse du détecteur en énergie. En effet, celle-ci reste peu contrainte dans la région de 3 à 8 MeV et s’appuie sur des extrapolations de mesures faites dans la région de 0.5 à 3 MeV.

L’objectif de ce sujet de thèse est double: concevoir une source radioactive permettant d'étalonner les détecteurs de Double Chooz dans le domaine d’énergie situé entre 3 et 8 MeV, et analyser les données de ces deux détecteurs pour fournir une mesure des spectres antineutrinos de réacteur, à la fois en norme et en forme. Le sujet proposé ici porte sur des travaux de recherche fondamentale novateurs, à la frontière entre physique des particules et physique nucléaire. L'étalonnage d'un détecteur à liquide scintillant tel que Double Chooz dans ce domaine d'énergie serait une première. Il permettra de fournir pour la première fois une mesure précise et robuste d'un spectre antineutrino de réacteur. A l'heure où la physique des neutrinos mobilise des efforts grandissants, la portée des travaux proposés sera multiple et d'une grande visibilité. En effet, cette mesure aura à la fois un impact sur des sujets de physique fondamentale utilisant les antineutrinos de réacteur, comme la recherche de neutrinos stériles ou la détermination de la hiérarchie de masse des neutrinos, mais aussi sur des sujets de recherche appliquée intéressants par exemple l'AIEA, comme la surveillance des réacteurs nucléaires avec la mesure de leur flux d'antineutrinos.
Mesure de l'asymétrie avant-arrière dans les désintégrations leptoniques du Z avec le détecteur Atlas au LHC. Détermination de l'angle faible et contraintes sur la structure du proton.

SL-DSM-16-0781

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Nathalie Besson

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

Contact :

Nathalie Besson

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169088274

Directeur de thèse :

Nathalie Besson

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169088274

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

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

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

peuvent compromettre la validité des tests de précision à venir.

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

Mesure de la section efficace de production ttZ avec le détecteur CMS auprès du LHC et étude des performances du calorimètre électromagnétique de CMS

SL-DSM-16-0427

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Federico Ferri

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

Contact :

Federico Ferri

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 30 65

Directeur de thèse :

Federico Ferri

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 30 65

The thesis proposes the measurement of the production cross-section of a Z boson in

association with a pair of top quarks. This channels is important for the study of the electroweak properties of the top quark within the Standard Model, which are yet inexplored to a large extent. In addition, the ttZ channel is important in searches for new physics with final states containing peculiar combinations of leptons and jets, for which ttZ is a background to be fully characterized. Already performed with the 7 and 8

TeV data, the measurement will become increasingly important at 13 TeV, the current center

of mass energy of the LHC. The first few years of the LHC Run2 are supposed to deliver order of 100 /fb of data, about 4 times more than what analysed during Run1. With beam conditions different with respect to Run1, i twill be important to study in detail the behaviour of the detector and optimize its performance, a work that has just began. Jet and missing energy resolution, btagging, precise lepton measurement will be the key ingredients for a successful measurement.
Mesure précise de la masse du boson W et de ses propriétés dans l’expérience CMS au LHC

SL-DSM-16-0428

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

elizabeth Locci

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

Contact :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Directeur de thèse :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Dans le cadre d’un modèle aussi prédictif que le modèle standard (SM), la mesure précise de

masse du boson W et de sa largeur est sensible aux corrections radiatives, et peut être utilisée pour valider la cohérence du modèle et placer des limites sur les prédictions pour une nouvelle physique au delà du modèle standard (BSM). Si cette dernière n’est pas directement observée au LHC, La mesure des propriétés du boson W pourrait devenir d’une importance capitale pour placer des limites sur l’existence de nouvelles particules qui se coupleraient au W. Au LHC, la masse du W est mesurée dans les canaux leptoniques (electron, muon), car ceux-ci sont identifiables avec une grande efficacité et une

faible contamination. Dans ces modes de désintégration, le lepton chargé est accompagné

d’un neutrino qui échappe à la détection. Seule l’impulsion transverse du neutrino peut être reconstituée par la conservation des impulsions dans le plan transverse. Il s’agira de la première thèse sur un sujet encore peu exploré dans l’expérience CMS.
Optimisation de l’analyse de l’expérience Double Chooz pour la mesure du paramètre d’oscillation ’13, la non-prolifération nucléaire et la recherche de neutrinos stériles

SL-DSM-16-0438

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Double Chooz

Saclay

Contact :

Guillaume MENTION

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

Contact :

Guillaume MENTION

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169085632

Directeur de thèse :

Guillaume MENTION

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169085632

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

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

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

Double Chooz est l’une des 3 expériences auprès de réacteurs nucléaires dans le monde dédiée à la mesure du paramètre ’13 d’oscillation des neutrinos. Alors que la précision atteinte sur ce paramètre est déjà bien avancée, il peut néanmoins subsister des biais dans les analyses. L’expérience Double Chooz a, jusqu’en 2014, uniquement utilisé un seul détecteur pour effectuer cette mesure. Un deuxième détecteur est entré en fonction en cette fin d’année 2014 et l’exploitation des données de ces 2 instruments devrait permettre de comprendre au maximum les biais potentiels systématiques dans la mesure de  ’13. Cette mesure faite par ces 3 expériences réacteur concurrentes sera probablement inégalée pendant de nombreuses années et le travail de fouille et de compréhension complète des systématiques réacteur, détecteur et des bruits de fond est essentielle pour assurer le résultat le plus juste et le plus précis possible.



L’étude de ces nouvelles données du détecteur proche de Double Chooz couplée avec les autres projets du groupe (Nucifer et CeSOX) réalisés en collaboration avec des équipes de la Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN) et de la Direction des Applications Militaires (DAM), permettra également de mieux comprendre les neutrinos produits par le combustible des réacteurs et le potentiel de la détection des neutrinos pour la non-prolifération nucléaire. Ces études constituent un enjeu sociétal appliqué potentiellement important.



Enfin le dernier volet thématique de cette thèse porte sur un sujet de prospective fondamentale à fort impact aujourd’hui, à savoir la recherche de potentiels neutrinos stériles, sujet pour lequel le groupe a eu un impact notoire ces dernières années.



Les méthodes d’analyse sont communes et l’effort abouti pourra permettre des avancées importantes dans ces 3 domaines thématiques.



L’étudiant(e) rejoindra l’équipe du CEA de Saclay pour élaborer une analyse dite optimale des données. L’équipe du CEA a déjà une très bonne visibilité et reconnaissance pour la compréhension globale de l’analyse depuis le cœur des réacteurs jusqu’au courant électrique mesuré dans les photomultiplicateurs pour détecter les neutrinos. L’objectif de ce travail de thèse sera d’exploiter de façon optimum toute cette connaissance, jusqu’à présent parcellaire, afin d’extraire le maximum d’information de ces mesures. On empruntera pour cela des techniques modernes d’analyse de type Big Data, telles que les réseaux bayésiens fortement utilisés entre autres dans les analyses des réseaux sociaux, de reconnaissance vocale ou le traitement d’images.
Production de paires de bosons aupres de l'experience Atlas et recherche de "nouvelle physique" par la mesure précise des couplages de jauge des bosons.

SL-DSM-16-0367

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Ahmimed OURAOU

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

Contact :

Ahmimed OURAOU

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 85 33

Directeur de thèse :

Ahmimed OURAOU

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 85 33

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

Voir aussi : http://atlas.web.cern.ch/Atlas/Collaboration/

Avec la découverte du boson de Higgs au LHC, le modèle standard de la physique des particules permet de décrire l'ensemble des observations jusqu'à des échelles d'énergie de l'ordre du TeV. La montée en énergie du LHC en 2015 va permettre d'étendre cette région directement explorable, mais aussi, par des mesures de précision possibles grâce à la luminosité attendue, d'avoir accès à des effets de boucles de physique à plus haute énergie. Un domaine encore très peu étudié, les couplages entre bosons de jauge, est particulièrement intéressant car ces couplages (à 3 ou 4 bosons) sont contraints par la théorie de jauge, et toute déviation par rapport aux prédictions du modèle standard serait une signature de "nouvelle physique".

Le sujet de la thèse est la mesure de la section efficace de production de paires de bosons vecteurs (W et Z) se désintégrant en leptons avec le détecteur Atlas au LHC. Cette section efficace donne accès à la mesure du couplage à trois bosons. De plus, la section efficace dibosons en association avec deux jets vers l'avant (production par diffusion de bosons vecteurs VBS) donne accès aux couplages à 4 bosons.

L'objectif de la thèse est de mesurer précisément les couplages entre bosons, et d'en déduire des contraintes sur les extensions possibles du modèle standard. Un cadre prometteur pour une telle étude est de considérer le modèle standard comme une théorie des champs effective (développement limité d'un modèle plus général comme par exemple une théorie de grande unification) dont on déterminera (ou du moins contraindra) les paramètres à partir de nos mesures. L’intérêt d'une telle approche est son indépendance par rapport aux modèles de nouvelle physique. De plus, on peut combiner différentes mesures (couplages bosoniques de cette thèse, couplage du Higgs et couplages leptoniques du LEP) pour mieux contraindre les paramètres de la théorie effective comme montré sur la figure jointe.
RECHERCHE AVEC LE DETECTEUR ATLAS DE LA PRODUCTION AU LHC DE PARTICULES DE MATIERE NOIRE EN ASSOCIATION AVEC DES QUARKS BOTTOM & ETUDE DES PERFORMANCES DES CHAMBRES MICROMEGAS AVANT LEUR INSTALLATION DANS LES NOUVELLES PETITES ROUES DU DETECTEUR ATLAS

SL-DSM-16-0278

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Philippe SCHUNE

Samira Hassani

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

Contact :

Philippe SCHUNE

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

+33-169087061

Directeur de thèse :

Samira Hassani

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169087226

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

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

Le problème de l'identification de la matière noire est au cœur des domaines de la physique des particules et de l'astrophysique. La matière noire est cinq fois plus abondante que la matière baryonique dans l'Univers, mais sa nature reste inconnue. Son existence même implique que notre inventaire des briques élémentaires de la matière est incomplet. L'incertitude sur ses propriétés nous empêche de comprendre entièrement comment l'Univers a évolué jusqu'à son état actuel et comment il évoluera dans le futur. Il est possible que le LHC puisse produire des particules de matière noire qui échappent à la détection directe, mais qui pourraient être découvertes indirectement comme un excès d'événements avec de l'énergie ou de l'impulsion manquante. Par ailleurs certains modèles théoriques utilisés pour expliquer des anomalies observées dans des données astrophysiques suggèrent que ces particules de matière noire se couplent préférentiellement aux quarks lourds comme le quark de beauté ou le top.

Le problème de l'identification de la matière noire est au cœur des domaines de la physique des particules et de l'astrophysique. La matière noire est cinq fois plus abondante que la matière baryonique dans l'Univers, mais sa nature reste inconnue. Son existence même implique que notre inventaire des briques élémentaires de la matière est incomplet. L'incertitude sur ses propriétés nous empêche de comprendre entièrement comment l'Univers a évolué jusqu'à son état actuel et comment il évoluera dans le futur. Il est possible que le LHC puisse produire des particules de matière noire qui échappent à la détection directe, mais qui pourraient être découvertes indirectement comme un excès d'événements avec de l'énergie ou de l'impulsion manquante. Par ailleurs certains modèles théoriques utilisés pour expliquer des anomalies observées dans des données astrophysiques suggèrent que ces particules de matière noire se couplent préférentiellement aux quarks lourds comme le quark de beauté ou le top.



Cette thèse est composée de deux parties. La première partie se concentre sur la recherche de la matière noire produite en association avec des paires de quarks de beauté avec les données du LHC enregistrées à partir de 2015, avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV avec le détecteur ATLAS. À cette énergie, cette recherche devrait améliorer par plusieurs ordres de grandeur les limites actuelles provenant de la détection directe, sur la section efficace pour des couplages de type scalaires. Les résultats seront interprétés dans le cadre d'une théorie des champs effective qui décrit les interactions scalaires et tensorielles entre la matière noire et les particules du Modèle Standard. Ces recherches sont les plus sensibles pour de la matière noire de masse inférieure à 10 GeV, et pourront fournir des informations complémentaires aux recherches directes de matière noire, elles-mêmes plus sensibles à grande masse. Cette recherche permettra donc d'améliorer de façon significative la sensibilité à l'interaction entre la matière noire et le nucléon décrite par un opérateur scalaire.



Si un signal significatif de matière noire est découvert au LHC, il faudra une grande statistique pour effectuer une caractérisation complète et précise de ses propriétés. Le détecteur ATLAS va subir un vaste programme de modernisation afin de faire face à la hausse du flux de particules en raison du fonctionnement à haute luminosité du LHC prévue pour 2020.



La deuxième partie de cette thèse est consacrée à la compréhension et l'exploitation des détecteurs gazeux de type MicroMegas qui vont remplacer une partie du spectromètre à muons d'ATLAS. L'étudiant(e) participera à la construction de ces détecteurs et à leurs études en rayons cosmiques à Saclay et en faisceau test au CERN avant leurs installations.



L’équipe d’accueil est composée de physicien(ne)s du service de Physique des Particules ainsi que d’ingénieurs et techniciens du service d’Électronique, des Détecteurs et d’Informatique.

Cette thèse est composée de deux parties. La première partie se concentre sur la recherche de la matière noire produite en association avec des paires de quarks de beauté avec les données du LHC enregistrées à partir de 2015, avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV avec le détecteur ATLAS.

À cette énergie, cette recherche devrait améliorer par plusieurs ordres de grandeur les limites actuelles provenant de la détection directe, sur la section efficace pour des couplages de type scalaires. Les résultats seront interprétés dans le cadre d'une théorie des champs effective qui décrit les interactions scalaires et tensorielles entre la matière noire et les particules du Modèle Standard. Ces recherches sont les plus sensibles pour de la matière noire de masse inférieure à 10 GeV, et pourront fournir des informations complémentaires aux recherches directes de matière noire, elles-mêmes plus sensibles à grande masse. Cette recherche permettra donc d'améliorer de façon significative la sensibilité à l'interaction entre la matière noire et le nucléon décrite par un opérateur scalaire.



Si un signal significatif de matière noire est découvert au LHC, il faudra une grande statistique pour effectuer une caractérisation complète et précise de ses propriétés. Le détecteur ATLAS va subir un vaste programme de modernisation afin de faire face à la hausse du flux de particules en raison du fonctionnement à haute luminosité du LHC prévue pour 2020.



La deuxième partie de cette thèse est consacrée à la compréhension et l'exploitation des détecteurs gazeux de type MicroMegas qui vont remplacer une partie du spectromètre à muons d'ATLAS. L'étudiant(e) participera à la construction de ces détecteurs et à leurs études en rayons cosmiques à Saclay et en faisceau test au CERN avant leurs installations.



L’équipe d’accueil est composée de physicien(ne)s du service de Physique des Particules ainsi que d’ingénieurs et techniciens du service d’Électronique, des Détecteurs et d’Informatique.
Recherche de nouvelle physique dans le secteur du quark top avec le détecteur ATLAS

SL-DSM-16-0388

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Henri BACHACOU

Frédéric DELIOT

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

Contact :

Henri BACHACOU

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

+41227675650

Directeur de thèse :

Frédéric DELIOT

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169086628

Le quark top joue un rôle particulier dans le modèle standard de la physique des particules. En raison de sa très grande masse, ce quark se couple fortement avec le boson de Higgs récemment découvert au LHC. Même s'il n'a pas encore été mesuré directement, son couplage de Yukawa est attendu proche de l'unité. Cette particularité fait du quark top un outil unique pour rechercher de nouveaux processus au-delà du modèle standard, comme les modèles composites, qui prédisent l'existence de partenaire au quark top qui permettent de stabiliser les corrections radiatives à la masse du boson de Higgs. Ces partenaires peuvent, par exemple, ressembler à des quarks top lourds ou à des particules de charge 5/3. Les modèles composites prédisent aussi une augmentation de la production de quatre quarks top. Ce canal est également un canal très prometteur pour la découverte de nouvelle physique.



Le LHC prend maintenant des données à une énergie sans précédent de 13 TeV dans le centre de masse. Un des canaux les plus intéressants pour la découverte de partenaires du quark top ainsi que la production de quatre quarks top est la recherche de deux leptons de même signe parce que la contamination du bruit de fond du modèle standard est faible. Avec les données accumulées par l'expérience ATLAS après quelques années, le doctorant effectuera la recherche de partenaires du quark top dans une région inexplorée de l'espace de phase ainsi que la mesure de la production de quatre quarks top.
Recherche du neutrino stérile auprès du réacteur de l’ILL : expérience Stereo.

SL-DSM-16-0013

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe MNM

Saclay

Contact :

David LHUILLIER

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

Contact :

David LHUILLIER

CEA - DSM/IRFU/SPhN/MNM

01 69 08 94 97

Directeur de thèse :

David LHUILLIER

CEA - DSM/IRFU/SPhN/MNM

01 69 08 94 97

La thèse proposée porte sur la physique des neutrinos de réacteurs, une thématique particulièrement active en ce moment. Le dernier angle de mélange, ’13, vient en effet d’être mesuré, ouvrant la voie vers les mesures de la violation de la symétrie CP dans le secteur leptonique. En parallèle, l’étude de plus en plus précise des spectres d’antineutrinos des réacteurs a mis à jour une déviation entre la prédiction et les mesures qui pourrait indiquer l’existence d’un nouveau neutrino, non couplé avec l’interaction faible (un neutrino stérile) et de masse autour de 1 eV/c2. L’équipe du SPhN est fortement impliquée sur ce sujet et dirige le projet Stereo, qui vise à tester l’hypothèse du neutrino stérile auprès du réacteur ILL de Grenoble.

Si le neutrino stérile existe il ne pourra pas être détecté directement car il ne se couple à aucune interaction hormis la gravitation. En revanche il se manifestera lors de la propagation des 3 états « actifs » de neutrinos qui pourront se mélanger vers un état supplémentaire. Le signal recherché est alors une probabilité accrue de disparition des antineutrinos électroniques des réacteurs sous la forme d’un nouveau motif d’oscillation de période spatiale de quelques mètres. Le principe de Stereo repose sur 6 cellules de détection identiques disposées entre 8.5 et 11 m de distance du cœur du réacteur de recherche de l’ILL. La technologie retenue, un liquide scintillant dopé au Gadolinium, est dans la continuité de deux autres expériences dans lesquelles sont impliquées les équipes du CEA Saclay, Double Chooz et Nucifer. La difficulté de Stereo réside essentiellement dans la maîtrise des bruits de fond induits par le réacteur et par le rayonnement cosmique. Un important travail de caractérisation du site a été réalisé pour définir tous les blindages nécessaires. Les différentes parties du détecteur et des blindages sont actuellement en construction.

Le début de la thèse proposée coïncide avec le début de la prise de données qui doit s’étaler sur environ 2 ans. Le travail demandé sur ce projet sera donc centré sur l’analyse et la simulation avec deux axes principaux à développer pour exploiter au mieux le signal neutrino:

• L’étude des bruits de fond réacteur et cosmique

• La caractérisation de la réponse en énergie du détecteur

Ce travail couvre un large éventail de physique (scintillation liquide, neutronique, réactions de spallation, physique des réacteurs, …). La taille modeste de la collaboration de Stereo (CEA/Irfu-Saclay, CNRS/LAPP-Annecy, CNRS/LPSC-Grenoble, ILL-Grenoble, MPIK-Heidelberg, Univ. Casablanca) implique une bonne visibilité du travail de thèse et une compréhension possible de l’ensemble de l’expérience. Le travail de thèse doit aboutir à une première publication démontrant les capacités du détecteur avec une partie de la statistique, puis une publication finale avec l’optimisation des erreurs systématiques pour un test performant de l’hypothèse du neutrino stérile.

Ces trois ans de thèse correspondent à une phase de transition pour le projet Nucifer également mené au sein de l’équipe du SPhN. Ce détecteur est actuellement en fin de prise de donnée auprès du réacteur de recherche Osiris du CEA-Saclay. Il a pour objectif de tester la possibilité de surveiller le contenu en plutonium d’un cœur de réacteur en mesurant l’évolution du taux de neutrinos détectés au cours du temps. Une première publication de nos résultats démontre le bon comportement de ce détecteur de conception très simple et appelle à un redéploiement vers un réacteur de puissance comme ceux du parc EDF. Cette continuation du projet Nucifer pourrait permettre à l’étudiant(e) de s’impliquer sur le test d’un nouveau liquide scintillant permettant d’optimiser le compromis entre les contraintes de rendement lumineux, de réjection du bruit de fond et de sureté. Les améliorations de la technologie de détection pour ce type de petit détecteur, installé proche de la surface, sont d’un intérêt direct pour les mesures de physique fondamentale auprès des réacteurs.

Le travail proposé offre donc une formation vers un profil complet de physicien expérimentateur avec des contributions très visibles dans des collaborations de petites tailles et une approche globale de la physique des neutrinos de réacteur. Cette thématique est actuellement très active dans la communauté avec plusieurs projets concurrents à travers le monde qui doivent prendre des données dans les 3 années à venir. Ce contexte est propice à l’épanouissement d’un jeune chercheur pour une poursuite de carrière en recherche académique. Les travaux en connexion avec la physique des réacteurs, plusieurs plateformes de simulation et l’instrumentation liée à la scintillation liquide sont directement valorisables dans l’industrie.

Optimisation d'un accélérateur à plasma piloté par laser

SL-DSM-16-0295

Domaine de recherche : Physique des plasmas et interactions laser-matière

Laboratoire d'accueil :

Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

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

Saclay

Contact :

Alban MOSNIER

Gilles MAYNARD

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-06-2016

Contact :

Alban MOSNIER

CEA - DSM/IRFU

0169082806

Directeur de thèse :

Gilles MAYNARD

Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas -

0169157315

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sacm/Phocea/Vie_des_labos/Ast/index.php

Optimisation des paramètres du plasma et du faisceau laser dans des cellules plasma pour l’accélération de faisceaux d’électrons à haute énergie avec faible dispersion en énergie dans les accélérateurs à plasma pilotés par laser. Sujet vital pour la physique des accélérateurs pouvant mener à une percée majeure afin de réduire la taille et le coût des accélérateurs à haute énergie.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet « Design Study » du programme européen pour la recherche et l’innovation « Horizon 2020 ». Ce projet, qui rassemble 16 laboratoires et universités de 5 états membres EU, a pour objectif de produire un rapport d’avant-projet (Conceptual Design Report) pour une installation européenne d’accélérateur plasma d’au moins 5 GeV devant délivrer des faisceaux de qualité avec deux utilisateurs pilotes, de la physique des hautes énergies et de la science du photon.

Déformation des noyaux de masse intermédiaire étudiée par excitation coulombienne

SL-DSM-16-0445

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Magdalena Zielinska

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

Contact :

Magdalena Zielinska

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 74 86

Directeur de thèse :

Magdalena Zielinska

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 74 86

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=293

La thèse se focalisera sur l'étude expérimentale des propriétés nucléaires des noyaux de masse intermédiaire (A~70) en utilisant la technique de l’excitation Coulombienne, qui est la méthode la plus directe pour déterminer les formes des noyaux dans leurs états excités.

La forme des noyaux est une des propriétés nucléaires fondamentales. Elle est 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 par spectrométrie gamma permet de tester finement les différents modèles théoriques qui ont été développés pour les noyaux stables.

Les noyaux autour des nombres magiques en protons ou en neutrons sont généralement sphériques dans leur état fondamental. L’observation des noyaux déformés à proximité des nombres magiques est par conséquent le signe de nouveaux phénomènes, comme l’érosion de la structure en couche loin de la stabilité, dont l’étude est cruciale pour notre compréhension du noyau. C'est la motivation principale de l’étude de la collectivité dans les chaines isotopiques comme les isotopes de Zn autour du noyau quasi-magique 68Ni.

Loin des couches fermées les noyaux se déforment pour minimiser leur énergie potentielle et ils prennent le plus souvent une forme d’ellipsoïde allongée. Les isotopes légers du krypton et du sélénium constituent une région clé dans l’étude de la déformation. Certains de ces noyaux présentent un rare phénomène de coexistence de formes : le noyau change radicalement de forme à une faible énergie d'excitation. De plus, il s'agit d'une des rares régions de la carte des noyaux où des déformations aplaties sont attendues dans l’état fondamental.

L’étudiant(e) sera en charge de l’analyse des expériences d’excitation Coulombienne réalisées auprès de différentes installations (IPN Orsay,HIE-ISOLDE (CERN) etc.) En fonction du planning des expériences, deux ou trois cas particuliers seront étudiés en détail : les 72,74Se, qui sont susceptibles de présenter le phénomène de coexistence de formes, et le 74Zn, pour lequel les expériences précédentes ont donné des résultats contradictoires sur sa déformation.
Développement et applications de détecteurs gazeux à micro-pistes pour la tomographie muonique

SL-DSM-16-0435

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe CLAS (CLAS)

Saclay

Contact :

Sébastien Procureur

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

Contact :

Sébastien Procureur

CEA - DSM/IRFU

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

Directeur de thèse :

Sébastien Procureur

CEA - DSM/IRFU

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

Voir aussi : http://irfu-i.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=3596

Les détecteurs gazeux à micro-pistes, issus de la R&D en physique des hautes énergies, possèdent une excellente résolution spatiale (~100 microns) et temporelle (<10ns). Jusqu’à maintenant, leur utilisation était néanmoins limitée aux expériences en laboratoire, essentiellement à cause de la quantité d’électronique embarquée. Nous avons récemment levé cette limitation grâce à un concept innovant de multiplexage qui réduit considérablement l’électronique nécessaire. Nous proposons donc de développer ce concept, et de l’appliquer à l’imagerie pénétrante utilisant le rayonnement cosmique naturel (tomographie muonique). Nous avons d'ailleurs réalisé en 2015 la première expérience d'imagerie en extérieur avec un télescope muonique constitué de ces détecteurs, améliorant d'un facteur 10 à 50 la résolution des télescopes existants. Le but est désormais d'installer ces détecteurs sur le terrain, par exemple pour l’exploration archéologique ou la cartographie de volcans.

Après s'être familiarisé(e) avec le détecteur et la simulation de son fonctionnement, l’étudiant(e) réalisera la tomographie muonique de plusieurs objets afin de quantifier les performances d’imagerie en fonction de divers paramètres (densités, géométrie du dispositif, durée d’acquisition). Il/Elle implémentera des algorithmes de reconstruction, et les testera sur des données réelles et des simulations. Son travail portera également sur l’autonomisation des détecteurs (gaz, optimisation de la consommation électrique), et la réalisation de tests hors labo, sur un ou des sites à définir (tumulus, volcans ou autre).

Etude de l'evolution de la forme des noyaux exotiques riches en neutron par excitation Coulombienne

SL-DSM-16-0149

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Wolfram KORTEN

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

Contact :

Wolfram KORTEN

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

+33169084272

Directeur de thèse :

Wolfram KORTEN

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

+33169084272

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

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

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

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

Pour le projet de thèse, une expérience d'excitation Coulombienne visant le noyau 100Zr est prévu. Cet isotope est positionné à N=60, à la charnière où la coexistence de forme se développe. La methode d'excitation Coulombienne permet d'extraire la probabilité d'excitation pour chaque état excité et ensuite d'extraire un jeu d'éléments de matrice électromagnétiques et surtout leur moment quadripolaire statique qui détermine la forme du noyau. Le faisceau radioactif est produit par l'installation ATLAS-CARIBU à l'Argonne National Laboratory (USA). CARIBU est la seule installation au monde qui peut actuellement délivrer ce type de faisceau d'un élément réfractaire. L'expérience est déjà acceptée par le comité local d'expériences avec une haute priorité et nous attendons sa réalisation pour debut 2017. Le thésard participera activement à la préparation de l'expérience. Il/Elle sera responsable pour l'analyse des données et la publications des résultats scientifiques.

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

SL-DSM-16-0322

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe ALICE (ALICE)

Saclay

Contact :

Javier CASTILLO

Alberto Baldisseri

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

Contact :

Javier CASTILLO

CEA - DSM/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169087255

Directeur de thèse :

Alberto Baldisseri

CEA - DSM/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169089333

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sphn/Alice/

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

Quelques micro-secondes après le Big Bang l’Univers se trouvait dans un état de plasma de quarks et de gluons (QGP). Cet état, prédît par la Chromodynamique Quantique, la théorie de l’interaction forte, est atteint pour des températures ou des densités d’énergie très élevées. 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 post-doctorant, 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 à une énergie de vsNN = 5 TeV au LHC. Les quarkonia seront mesurés via leur décroissance en deux muons, lesquels seront reconstruits avec le spectromètre à muons d’ALICE. Après deux ans d'arrêt, le LHC a repris ses opérations début 2015 avec une énergie presque double que celle du run 1. De plus, lors du run 2 ALICE pourrait accumuler dix fois plus de collisions Pb-Pb qu’au run 1. Ceci permettra à l’étudiant de réaliser une analyse détaillée de la production des différents états quarkonia. L’étudiant participera aux prises de données d’ALICE au LHC ainsi qu’à l’alignement du spectromètre. Ce travail lui permettra de se familiariser avec les outils de travail de la grille de calcul et les codes de simulation, reconstruction et analyse de la collaboration ALICE.
Etude de la structure 3D du proton par la diffusion Compton virtuelle à COMPASS au CERN

SL-DSM-16-0090

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Andrea Ferrero

Nicole d'Hose

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2015

Contact :

Andrea Ferrero

CEA - DSM/IRFU

0169087591

Directeur de thèse :

Nicole d'Hose

CEA - DSM/IRFU/SPhN/COMPASS

01 69 08 72 72

DESCRIPTION ET PROBLEMATIQUE

Le proton porte encore bien des mystères : il est constitué de quarks et de gluons mais la masse de ceux-ci est bien inférieure à sa masse, les contributions des spins de ceux-ci ne donnent pas son spin total. Une observation du proton en 3 dimensions peut être réalisée grâce à la diffusion Compton virtuelle (DVCS). Ainsi on peut mesurer les corrélations entre les positions et les vitesses des quarks et des gluons à l’intérieur du proton. Deux programmes complémentaires ont été initiés par des physiciens du SPhN, l’un à JLab aux USA avec des électrons de 12 GeV, pour explorer la région des quarks de valence et l’autre à COMPASS au CERN avec des muons de 160 GeV pour explorer les quarks de la mer et les gluons.

Le sujet proposé concerne l’expérience auprès de la Collaboration COMPASS au CERN. Des premiers tests ont été réalisés en 2012 et la prise de données aura lieu pendant les 2 années 2016 et 17. Lors de la diffusion du faisceau de muons de 160 GeV du SPS au CERN sur les protons d’une cible d’hydrogène, le processus exclusif DVCS correspond à l’inter-action du photon virtuel échangé avec les constituants du proton pour créer un seul photon réel émis à l’avant avec une grande énergie et un proton qui recule avec une faible énergie. Pour parfaire la sélection de cette réaction, un détecteur de proton de recul, CAMERA, a été conçu et mis en œuvre par l’équipe d’accueil.



DESCRIPTION GROUPE/LABO/ENCADREMENT

Le travail proposé aura lieu au laboratoire d’Etude de la Structure du Nucléon (LNS) au SPhN à l’Irfu au CEA de Saclay et sur le site de l’expérience COMPASS au CERN près de Genève. La Collaboration COMPASS comprend 220 physi-ciens de 13 pays. Les encadrants ont initié ce nouveau programme de physique au CERN, ils ont construit le détecteur CAMERA et sont maîtres d’œuvre de la préparation de l’expérience et de l’analyse. L’étudiant pourra aussi bénéficier de phénoménologues au sein du LNS, qui ont développé des modèles et des outils pour interpréter les expériences DVCS.



TRAVAIL PROPOSE

L’étudiant participera au cours des 3 années à toutes les étapes d’une expérience : familiarisation avec les techniques de détection et de calibration, prise de données de mai à novembre en 2016 et 17, analyse des données, comparaison aux simulations par méthode Monte-Carlo avec différents modèles. Le travail proposé donnera une excellente formation en participant à tous les moments de la vie de physicien depuis le début de la prise de données, à l’avènement des résultats et à leur publication.



COMPETENCES ACQUISES

Programmation (C++,ROOT) et Analyse de données.

Méthode d’analyse statistique.

Technique de détection.



COLLABORATIONS/PARTENARIATS

L’analyse se fera en parallèle avec un autre institut de la Collaboration et donnera lieu à des confrontations et des présentations fréquentes.

Le sujet proposé est un sujet d’étude qui fédère à la fois les physiciens du LSN au CEA à Saclay mais aussi les expérimentateurs de l’IPN d’Orsay et les théoriciens du CPhT de l’Ecole Polytechnique et du LPT de l’université Paris-Sud.







Evolution de la forme quantique des noyaux exotiques riches en neutrons

SL-DSM-16-0063

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Wolfram KORTEN

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

Contact :

Wolfram KORTEN

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

+33169084272

Directeur de thèse :

Wolfram KORTEN

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

+33169084272

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

La forme d’un noyau, c.à.d. la déviation par rapport à une forme sphérique de la distribution en masse, est une des propriétés nucléaires fondamentales. Elle est 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 par spectrométrie gamma 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. Ces noyaux se situent loin des couches fermées et se déforment pour minimiser leur énergie potentielle. Contrairement à la grande majorité des noyaux 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 forme ou ‘‘collectivité’’, qui est mesurée au travers des probabilités de transition des états excités vers l’état fondamental, reste encore très limitée.

Le travail de thèse comprendra une étude expérimentale au GANIL à Caen où les noyaux d’intérêt seront produits dans une expérience de fusion-fission utilisant un faisceau d’238U. L'expérience utilisera un ensemble de spectromètres du GANIL pour identifier les noyaux d'intérêt (VAMOS) et pour détecter les rayons gamma émis par les fragments de fission (AGATA et FATIMA). L'expérience a été acceptée par le comité d'expériences du GANIL et sa réalisation est attendue début 2017. L’équipe encadrante du SPhN est porte-parole de l’expérience et assume des responsabilités importantes dans le détecteur Européen AGATA. Nous prévoyons de mesurer les durées de vie dans des isotopes pairs et impairs allant de Zr (Z=40) au Pd (Z=46). Ceci nous permettra de suivre l’évolution de la collectivité en fonction de A, Z et du spin dans une région étendue où se côtoient à la fois des noyaux sphériques et des noyaux déformés. Le doctorant participera activement à la préparation de l'expérience et plus généralement à la campagne d'AGATA au GANIL. Il/Elle sera en charge de l'analyse des données et de la publication des résultats scientifiques.

Mise au point du détecteur Muon Forward Tracker (MFT) d’ALICE au LHC

SL-DSM-16-0320

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe ALICE (ALICE)

Saclay

Contact :

Alberto Baldisseri

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

Contact :

Alberto Baldisseri

CEA - DSM/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169089333

Directeur de thèse :

Alberto Baldisseri

CEA - DSM/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169089333

Voir aussi : 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.

Parmi les différentes observables du QGP, l’étude de la production d’hadrons contenant des quarks lourds (charme c ou beauté b) et des quarkonia (états liés c-cbar ou b-bar) est particulièrement pertinente pour comprendre les propriétés du QGP.

ALICE est l'expérience du LHC conçue et dédiée à l’étude des collisions d’ions lourds ultra-relativistes. Notre groupe à l’Irfu/SPhN a été très impliqué dans la conception, la réalisation et l’exploitation du spectromètre à muons d’ALICE dont le programme de physique est axé sur l’étude des quarkonia et des hadrons formés de quarks lourds. Afin d’élargir son programme de physique et de bénéficier au maximum de l'augmentation de la luminosité du LHC prévue pour 2021, ALICE met en place un ambitieux programme d'amélioration. 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, et en particulier les services techniques, ont une expertise précieuse dans ce type de technologie depuis une dizaine d’années. La dernière phase de la R&D des capteurs CMOS est dans la phase finale ainsi que la définiton

Le travail de l’étudiant consistera à finaliser la mise au point du MFT. Cela concerne en particulier les tests de qualification des différents éléments du detecteurs. Une partie importante du travail consistera dans la simulation des performances de l’appareillage pour les différents signaux de physique. Il s’agira ensuite d’étudier plus en détail un thème de physique donné. Ce travail se fera avec les outils de la grille de calcul ainsi qu’avec les codes de simulation, reconstruction et analyse de la collaboration ALICE basés sur le logiciel ROOT du CERN.
Nombres magiques nucléaires loin de la stabilité: 10He et 52Ar

SL-DSM-16-0087

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Anna CORSI

Alexandre OBERTELLI

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

Contact :

Anna CORSI

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 7554

Directeur de thèse :

Alexandre OBERTELLI

CEA - DSM/IRFU

+33 1 69 08 75 55

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=2647

Voir aussi : http://minos.cea.fr/

L’exploration des noyaux très riches en neutrons a permis de mettre en évidence des nouveaux phénomènes non prédits – ou insuffisamment - par la théorie. Le cas le plus spectaculaire est l’observation d’un halo de neutrons à la périphérie des noyaux riches en neutrons comme 11Li. On a également mis en évidence l’évolution des nombres magiques, caractéristiques de l’interaction entre les nucléons. Ces nombres établis pour les noyaux stables peuvent évoluer jusqu’à disparaître, alors que d’autres nombres apparaissent loin de la stabilité comme dans le cas des isotopes d’oxygène pour N = 16. La thèse portera sur l’étude de deux noyaux très exotiques (proches et au delà de la dripline) prédits magiques par certains modèles de structure : 10He et 52Ar. Ces études peuvent être effectuées grâce au dispositif MINOS, développé récemment à l’IRFU, composé d’une cible liquide épaisse d’hydrogène couplée à un trajectographe. MINOS est actuellement utilisé auprès de l’accélérateur de RIKEN, la machine aujourd’hui plus performante en termes de production de noyaux radioactifs très éloignés de la stabilité. Le travail proposé s’articule en deux parties : l’analyse des données sur 10He prises en Décembre 2014 et la prise en charge d’une expérience consacrée à la spectroscopie de 52Ar et noyaux voisins, prévue à l’automne 2016. Ce travail de thèse apportera au (à la) candidat(e) une expertise expérimentale conséquente. Une collaboration étroite avec les théoriciens pour l’interprétation des résultats est aussi prévue.
PUMA : un piège transportable pour antiprotons. Etude des peaux de neutrons dans les noyaux instables par annihilation de nucléons.

SL-DSM-16-0092

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Alexandre OBERTELLI

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

Contact :

Alexandre OBERTELLI

CEA - DSM/IRFU

+33 1 69 08 75 55

Directeur de thèse :

Alexandre OBERTELLI

CEA - DSM/IRFU

+33 1 69 08 75 55

Voir aussi : http://irfu-i.cea.fr/Pisp/alexandre.obertelli/

La thèse a pour objectif de développer une nouvelle approche expérimentale (PUMA: antiProton Unstable Matter Annihilation) basée sur la formation d'atomes antiprotoniques et visant à déterminer le rapport de densité de neutrons et protons à la surface nucléaire pour des noyaux instables et mettre ainsi en évidence des peaux de neutron épaisses et des halos de nucléons pour des noyaux de masse intermédiaire. PUMA permettra à terme, pour la première fois, d'utiliser les antiprotons pour sonder la structure de noyaux radioactifs.



La méthode est basée sur un nouvel instrument : un piège transportable de Pening-Malberg dédié au piégeage d’antiprotons et à leur interaction avec des noyaux instables. Le programme de physique doit démarrer en 2021 au CERN, à la fois auprès de la nouvelle branche de basse énergie ELENA de l’Antiproton Decelerator du CERN et auprès de la machine de production de noyaux radioactifs Isolde.



L’objectif de la thèse proposée est de développer un piège de Penning-Malmberg afin de stocker une grande quantité d’antiprotons (>10^8 particules) pour une durée longue (plusieurs semaines). Pendant les 3 années de la thèse, le piège sera conçu et caractérisé par le piégeage de protons et de positons au CEA Saclay. La technique pour concevoir un piège permettant d’atteindre des vides meilleurs que 10-15 mbar est nouvelle. Elle devra être mise en œuvre et validée.



En plus de la partie expérimentale et instrumentale, la thèse sera l’occasion de développer les procédés de piégeage des ions radioactifs et antiprotons, ainsi que des simulations complètes des cas physiques envisagés.



Le projet fait l’objet d’une demande de financement dont le résultat sera connu en décembre 2015.

Première tomographie à 3D des nucléons en quarks et gluons avec les instruments innovants développés pour le projet phare américain Jefferson Lab 12GeV

SL-DSM-16-0448

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe CLAS (CLAS)

Saclay

Contact :

Franck SABATIE

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

Contact :

Franck SABATIE

CEA - DSM/IRFU/SPhN/CLAS

01 69 08 32 06

Directeur de thèse :

Franck SABATIE

CEA - DSM/IRFU/SPhN/CLAS

01 69 08 32 06

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=292

Voir aussi : https://www.jlab.org

Dans le cadre de l'étude tri-dimensionnelle de la structure du proton, une expérience de nouvelle génération démarrera auprès de l'accélérateur Jefferson Lab (USA) en 2017, qui vient tout juste d'être mis en service à l'énergie de 12 GeV d'électrons. Le doctorant participera à la fin de la construction, l’intégration, l’installation et les premiers tests en faisceau du trajectographe cylindrique Micromegas dont nous sommes responsables dans le spectromètre CLAS12. Il participera ensuite aux prises de données de l’expérience de diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) prévues en 2017. S’en suivra une période de calibration et d’analyse des données recueillies. Enfin, avec l’aide de l’équipe phénoménologie du laboratoire, il procèdera à l’interprétation et la publication de ces premières données DVCS. La thèse proposée est particulièrement complète et formatrice. Elle permettra au doctorant de participer à toutes les phases d’une expérience de physique, depuis la fin de la construction des détecteurs jusqu’à la publication des résultats.
Spectroscopie des isotopes de Ca riches en neutrons

SL-DSM-16-0793

Domaine de recherche : Physique nucléaire

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Alain GILLIBERT

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

Contact :

Alain GILLIBERT

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

0169082584

Directeur de thèse :

Alain GILLIBERT

CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

0169082584

L’étude des noyaux très riches en neutrons permet d'explorer les nouveaux comportements de la matière hadronique comme les noyaux à halo. On a également mis en évidence l’évolution des nombres magiques, caractéristiques de l’interaction entre les nucléons. Ces nombres établis pour les noyaux stables peuvent évoluer jusqu’à disparaître sous l’effet de nouvelles corrélations, alors que d’autres nombres apparaissent loin de la stabilité comme dans le cas des isotopes d’oxygène pour N = 16. La thèse portera sur l’étude des isotopes de calcium loin de la stabilité, 55,56Ca alors que Z=20 est un nombre magique de protons à la stabilité et que N=34 a été récemment proposé comme nouveau nombre magique avec 54Ca.

Cette étude sera effectuée avec le dispositif MINOS, développé récemment à CEA/IRFU, composé d’une cible liquide épaisse d’hydrogène couplée à un trajectographe pour reconstituer le vertex de la réaction à l'intérieur de la cible. MINOS est actuellement utilisé auprès de l’accélérateur de RIKEN, la machine aujourd’hui plus performante en termes de production de noyaux radioactifs très éloignés de la stabilité. Le travail proposé concerne la prise en charge d’une expérience consacrée à la spectroscopie de 55,56Ca prévue à l’automne 2016.

Ce travail de thèse apportera au candidat(e) une expertise expérimentale conséquente. Une collaboration étroite avec les théoriciens pour l’interprétation des résultats est aussi prévue.
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