65 sujets IRFU

Dernière mise à jour : 19-04-2021


• Astroparticules

• Astrophysique

• Data intelligence dont Intelligence Artificielle

• Electronique et microélectronique - Optoélectronique

• Informatique et logiciels

• Instrumentation

• Neutronique

• Physique nucléaire

• Physique des accélérateurs

• Physique des particules

• Physique nucléaire

• Physique théorique

 

Analyse "3x2pt": Corrélations croisées des sondes cosmologiques, et application aux relevés de pointe de l'effet de lentille gravitationnelle faible et l'agglomération des galaxies

SL-DRF-21-0278

Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

Valeria Pettorino

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

21753

Directeur de thèse :

Valeria Pettorino
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS


Page perso : http://www.cosmostat.org/jobs/mk_3x2pt_2020

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

Les grandes expériences cosmologiques comme les télescopes Euclid et Nancy Grace Roman, ou le relevé du sol LSST, utiliseront deux sondes principales avec le but de mesurer les propriétés de la matière noire et l'énergie sombe : L'effet de lentille gravitationnelle faible, ce qui est la déformation des images de galaxies lointaines par les champs de marée de la matière aux très grandes échelles, et l'agglomération des galaxies, ce qui désigne la redistribution des galaxies dans la toile cosmique de matière noire.



Cette thèse explorera la corrélation croisée entre ces deux sondes, ce qui est d'une grande importance comme elles sont sensitives aux même structures ce qui les lie. Ce travail sera appliqué aux données des relevés UNIONS et DESI. L'étudiant se formera à l'interface entre la théorie et les observations, et fournira des outils clés pour les grands relevés prochains.
Cartographier la matière noire revelé par son effet de lentille gravitationnelle faible pour étudier la cosmologie et les ondes gravitationnelles

SL-DRF-21-0350

Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

21753

Directeur de thèse :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

21753

Page perso : http://www.cosmostat.org/jobs/mk_wlcosmogw_2020

Labo : http://www.cosmostat.org

L'effet de lentille gravitationnelle faible désigne les distortions d'image des galaxies dues aux structures à grande échelle. Les cartes de matière noire mesuré à l'aide de l'effet de lentille gravitationnelle faible nous permet d'élucidir le mystère de l'accélération récente de l'Univers. En plus, elles sont importantes pour les études des ondes gravitationnelles (OG), qui peuvent être magnifié par la matière noire au long de la ligne de visée.



Cette thèse développera des méthodes d'analyse des données de l'effet de lentille gravitationnelle. Des techniques de l'apprentissage automatique seront utilisées calibrer les mesures. Ces méthodes seront appliquées aux données du relevé UNIONS (Ultraviolet Near-Infrared Optical Northen Sky Survey) et le télescope WFST (Wide-Field Survey Telescope) qui sera construit en Chine, pour le but de mesurer des propriété de l'énergie sombre, et de corriger la magnification des signaux OG.
Mesure des propriétés CP du couplage Higgs-top dans le canal multilepton au sein de l’expérience ATLAS

SL-DRF-21-0365

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Henri BACHACOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Henri BACHACOU
CEA - DRF/IRFU

+41227675650

Directeur de thèse :

Henri BACHACOU
CEA - DRF/IRFU

+41227675650

Le sujet de thèse proposé a pour but de mesurer les propriétés CP du couplage entre le boson de Higgs et le quark top dans le canal multilepton au sein de l’expérience ATLAS. Découvrir de nouvelles sources de violation CP est une des questions fondamentales de la physique des particules à l’heure actuelle. Les interactions de Yukawa dans le secteur du boson de Higgs peuvent fournir une forme particulièrement attractive pour des sources additionnelles de violation de CP. L’objectif de cette thèse est de mesurer le processus ttH par deux moyens innovants. D’abord de nouveaux algorithmes de reconstruction pour identifier les particules lourdes dans les événements ttH seront développés, ce qui est très ambitieux dans l’état final multilepton. Ensuite l’analyse sera structurée en utilisant exclusivement des observables CP pures. De nouvelles observables basées sur des rapports ou des angles seront explorées, et les mesures seront étudiées dans des régions de l’espace de phase où la séparation entre les différents processus Higgs-top est moins dépendante des propriétés CP du couplage Higgs-top. Cette nouvelle analyse devrait du même coup avoir une sensibilité accrue à des modes plus rares de couplages Higgs-boson comme les processus tHq.

Recherche de nouvelles sources de violation de CP dans l’univers en utilisant la production du boson de Higgs au LHC

SL-DRF-21-0364

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Laurent SCHOEFFEL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Laurent SCHOEFFEL
CEA - DRF/IRFU/DPHP

01.69.08.25.83

Directeur de thèse :

Laurent SCHOEFFEL
CEA - DRF/IRFU/DPHP

01.69.08.25.83

Le sujet de thèse proposé a pour but la recherche de nouvelles sources de violation de CP dans l’univers en étudiant les propriétés du boson de Higgs au LHC, en particulier par des modifications du couplage du boson de Higgs avec la particule élémentaire la plus lourde : le quark top. L’objectif de la thèse est de développer une nouvelle stratégie d’analyse au sein de la collaboration ATLAS pour tester les propriétés CP du couplage ttH en collision proton-proton. L’idée est de mettre en place l’analyse en se basant exclusivement sur des observables CP, afin d'être complémentaire avec les analyses existantes qui suivent une approche plus dépendante de modèles spécifiques. Cette nouvelle analyse devrait du même coup avoir une sensibilité accrue à des modes plus rares de couplages Higgs-boson comme les processus tHq. Les nouvelles observables qui devront être développées seront pensées comme suffisamment flexibles pour être appliquées à un large éventail de canaux de désintégrations du boson de Higgs et du quark top. Elles seront d’abord testées dans le canal multilepton. L’accent sera mis sur la reconstruction des particules lourdes (Higgs et top) de l’état final qui est particulièrement ambitieux dans ce canal.
Astrophysique multi-messagers à haute énergie avec H.E.S.S. et CTA

SL-DRF-21-0237

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Astroparticules (GAP)

Saclay

Contact :

Fabian Schussler

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

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

+33169083020

Directeur de thèse :

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

+33169083020

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

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

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

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

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

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





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

SL-DRF-21-0773

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe HESS 2

Saclay

Contact :

Fabian Schussler

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

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

+33169083020

Directeur de thèse :

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

+33169083020

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

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

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

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



Cette thèse réunira des experts de premier plan dans deux domaines passionnants : l’intelligence artificielle et l’astrophysique multi-messager. Elle s’inscrira dans le cadre du programme UDOPIA de l’université Paris-Saclay et bénéficiera d’un riche écosystème d’intelligence artificielle ayant des liens étroits avec l’industrie.
Tomographie de l’énergie sombre avec le satellite Euclid

SL-DRF-21-0206

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Valeria Pettorino

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Valeria Pettorino
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS


Directeur de thèse :

Valeria Pettorino
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS


Page perso : https://www.valeriapettorino.com/

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

Alors que l’Univers est en expansion, à une vitesse croissante, la question de savoir ce qui cause l’accélération cosmique n’est pas encore résolue. L’accélération semble agir contre l’attraction gravitationnelle, comme si une nouvelle source d’énergie, l’énergie sombre, en était responsable.

Cette proposition de doctorat est destinée à contribuer à la mission spatiale Euclid de l’ESA, qui sera lancé en 2022, observera comment les galaxies se sont formées pour dévoiler la nature de l’énergie noire et de la matière noire.

Le projet va effectuer une `` tomographie de l’énergie sombre ’’, qui permettra de contribuer à la mission spatiale Euclid et à la taskforce qui va comparer les prévisions de la théorie avec les données.

Le doctorant pourra travailler à l’interface entre les données et la théorie et collaborer concrètement à une grande collaboration comme le satellite Euclid. Les objectifs comprennent 1) étendre le logiciel de vraisemblance pour tester l’énergie sombre à différentes époques 2) contribuer à l’effort de collaboration sur la comparaison des prévisions théoriques avec les simulations en prévision des données 3) étudier différentes méthodes d’apprentissage automatique pour reconstruire la contribution de l’énergie sombre à chaque époque.

CHAMP MAGNETIQUE ET FORMATION D'ETOILES LE LONG DES FILAMENTS MOLECULAIRES : OBSERVATIONS DU PROGRAMME "B-FUN" AVEC NIKA2-POL ET PREPARATION DU POLARIMÈTRE SPATIAL B-BOP

SL-DRF-21-0871

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Philippe ANDRÉ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Philippe ANDRÉ
CEA - DRF/IRFU/DAp/LFEMI

0169089265

Directeur de thèse :

Philippe ANDRÉ
CEA - DRF/IRFU/DAp/LFEMI

0169089265

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3627

Voir aussi : https://ipag.osug.fr/nika2//Welcome.html

Les résultats obtenus dans le domaine submillimétrique sur les nuages moléculaires proches avec les satellites Herschel et Planck ont révolutionné notre compréhension du lien entre la structure du milieu interstellaire et le processus de formation des étoiles. Ces résultats favorisent un scénario de formation stellaire dans lequel les filaments interstellaires et le champ magnétique jouent un rôle central. En particulier, les images submm obtenues avec l’observatoire spatial Herschel montrent que la majorité des cœurs denses pré-stellaires et des proto-étoiles se forment dans des filaments de gaz moléculaire. Les données obtenues avec Planck en émission polarisée des poussières froides suggèrent que la formation et l’évolution de ces filaments moléculaires est en grande partie contrôlée par le champ magnétique. La résolution angulaire des observations Planck n’était cependant pas suffisante pour sonder l’intérieur des filaments et comprendre le rôle du champ magnétique dans la formation des étoiles le long des filaments. Cela devient progressivement possible grâce à la meilleure résolution angulaire de nouveaux imageurs polarimétriques comme SOFIA-HAWC+, NIKA2-Pol et peut-être à terme B-BOP, le polarimètre envisagé pour le 'Millimetron Space Observatory'.

Dans ce contexte, le polarimètre NIKA2-Pol de la nouvelle caméra du télescope de 30m de l’IRAM pour le continuum millimétrique fournit une plateforme de travail de premier choix. La thèse proposée est centrée sur l’exploitation scientifique du grand programme « B-FUN » avec NIKA2-Pol d’imagerie polarimétrique à 1.2 mm d’une dizaine de filaments moléculaires proches formant des étoiles. Elle préparera aussi de futures études sur la même thématique avec un imageur polarimétrique dans l'espace comme B-BOP.

Champ magnétique intergalactique et sursauts gamma avec CTA

SL-DRF-21-0143

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Renaud Belmont

Thierry STOLARCZYK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

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


Directeur de thèse :

Thierry STOLARCZYK
CEA - DRF/IRFU/DAp/LEPCHE

+33 1 69 08 78 12

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

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

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

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

SL-DRF-21-0661

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de modélisation des plasmas astrophysiques (LMPA)

Saclay

Contact :

Patrick Hennebelle

Matthias GONZALEZ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Patrick Hennebelle
CEA - DRF/IRFU/DAp

0169089987

Directeur de thèse :

Matthias GONZALEZ
Université de Paris - DRF/IRFU/DAp/LMPA

33 1 69 08 17 79

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

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

Les étoiles sont l’élément de base de l’univers et jouent un rôle clé tant pour l’évolution des galaxies à grande échelle que pour la formation et l’évolution des planètes à petite échelle. Bien qu’une connaissance de plus en plus détaillée soit nécessaire pour aborder correctement ces questions, des problèmes importants continuent d’entraver notre compréhension.

En particulier, lorsqu’une étoile se forme, l’énergie gravitationnelle perdue pendant le processus d’effondrement doit être irradiée. Pourtant, seule une petite fraction de cette énergie est actuellement observée, un problème connu sous le nom de problème de luminosité. La compréhension de ce problème est fondamentale pour plusieurs raisons : i) cette phase initiale est importante pour l’évolution stellaire, ii) la quantité d’énergie rayonnée est considérable et pourrait influencer de manière très significative le milieu environnant, iii) pour déterminer comment un disque protoplanétaire se forme autour de l’étoile, il faut comprendre comment le disque et l’étoile sont reliés.

L’objectif de cette thèse est d’étudier ce que l’on appelle le second effondrement, qui est la phase la plus précoce du processus de formation des étoiles. Pour ce faire, des simulations numériques avec le code RAMSES, prenant en compte l’interaction de l’hydrodynamique, du champ magnétique et du rayonnement, seront menées. Les résultats numériques seront ensuite comparés aux observations pour mieux comprendre et contraindre les scénarios de formation des étoiles.
Cosmologie- Amas de galaxies - Intelligence artificielle

SL-DRF-21-0332

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Marguerite PIERRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Marguerite PIERRE
CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Directeur de thèse :

Marguerite PIERRE
CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Page perso : https://sci.esa.int/s/WLg9apw

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

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

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

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

Le but de la thèse est de réaliser l’analyse cosmologique de l'échantillon complet d’amas XXL en utilisant des techniques novatrices d’intelligence artificielle.

Etude de Matrices de Bolomètres Polarimétriques à Capacité Spectroscopique pour l’Astrophysique

SL-DRF-21-0652

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LSIS)

Saclay

Contact :

Louis RODRIGUEZ

Vincent REVERET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Louis RODRIGUEZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

0169086948

Directeur de thèse :

Vincent REVERET
CEA - DSM/IRFU/DAp/LSIS

01 69 08 74 02

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=2755

L’observatoire spatial Herschel, lancé en 2009 a révolutionné notre vision de « l’Univers Froid ». Il a notamment radicalement changé notre compréhension de la formation des étoiles en mettant en évidence l’omniprésence des structures filamentaires de gaz et de poussière, et leur rôle essentiel dans les toutes premières phases de formation stellaire.

D’autre part, les observations du satellite Planck (lancé aussi en 2009) en mode polarimétrique ont permis de mettre en évidence la présence de champs magnétiques sur de grandes échelles dans les nuages moléculaires. Dans ces régions, les filaments évoqués plus haut peuvent être soit parallèles au champ magnétique (filaments peu denses) soit perpendiculaires (filaments très denses). Mais de nombreuses questions demeurent.

Pour comprendre l’ensemble des processus physiques mis en œuvre dans ces zones de formation stellaire et expliquer les liens avec la structure complexe du milieu interstellaire (MIS) environnant, de nouveaux instruments extrêmement sensibles doivent être développés dans le domaine submillimétrique. Il paraît nécessaire d’une part, de pouvoir caractériser finement le champ magnétique (via la détection de la lumière polarisée) dans plusieurs bandes spectrales et d’autre part de détecter la présence de plusieurs traceurs du MIS via l’émission de certaines raies spectrales (C+ à 158 µm notamment). Ces observations, faites depuis l’espace ou à bord de ballons stratosphériques contraignent fortement le volume et la masse de la charge embarquée. L’idée de rassembler une ou plusieurs fonctions d’analyse de la lumière au sein même d’un détecteur compact va dans ce sens.

C’est dans ce contexte que le CEA développe depuis quelques années des matrices de bolomètres submillimétriques ultra-sensibles, capables de mesurer la polarisation au sein des pixels, sans l’aide de polariseurs externes. Développée en collaboration étroite avec le CEA-LETI dans le cadre de l’instrument B-BOP sur l’observatoire SPICA, cette technologie est dans la lignée des développements des détecteurs d’Herschel-PACS. Ces bolomètres sont développés dans le cadre du Labex Focus, de 2 R&T CNES et d’un financement ESA.

En 2019, une thèse soutenue au laboratoire a démontré qu’il était possible d’ajouter la capacité spectroscopique à ces matrices de nouvelle génération, en couplant les matrices de détecteurs à un système interférométrique compact de type Fabry-Perot. La démonstration expérimentale du dispositif complet reste à faire et il s’agit du cœur de ce sujet de thèse : étudier, mettre en œuvre et caractériser expérimentalement les performances scientifiques de ce spectro-imageur-polarimètre compact.

Il s’agira dans un premier temps, de valider expérimentalement en cryostat le système de déplacement des miroirs du Fabry-Perot et d’en déduire ses limitations techniques. La deuxième phase consistera à coupler ce système aux matrices de bolomètres afin de produire et caractériser les premiers prototypes de ce nouveau type de détecteurs. Enfin, dans un troisième partie, l’aspect traitement de données sera étudié afin d’extraire au mieux le signal scientifique et de proposer un étalonnage adéquat.

Ces travaux peuvent également ouvrir la voie vers des retombées plus appliquées en imagerie médicale ou dans le domaine des contrôles de sécurité en bande TeraHertz, comme ce qui est proposé par le LETI avec ses développements de micro-bolomètres à température ambiante.

Impact de la densité de galaxies dans l’analyse du grand relevé spectroscopique DESI

SL-DRF-21-0281

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Cosmologie (GCOSMO)

Saclay

Contact :

Etienne Burtin

Vanina RUHLMANN-KLEIDER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Etienne Burtin
CEA - DRF/IRFU/DPHP/GCOSMO

01 69 08 53 58

Directeur de thèse :

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

01 69 08 61 57

Au cours des 30 dernières années, l‘étude de l’Univers a conduit à l’émergence d’un modèle standard de l’Univers basé sur la relativité générale. Dans ce modèle, l’Univers est formé de matière ordinaire, de matière noire et d’une mystérieuse composante appelée « énergie noire », responsable de l’accélération récente de l’expansion de l’Univers. Les grands relevés qui s’apprêtent à prendre des données, comme DESI aux Etats-Unis, permettront de réaliser une cartographie 10 fois plus précise qu’actuellement de la répartition des galaxies dans l’Univers. La communauté scientifique s’organise pour définir les méthodes d’analyse des données afin extraire le maximum d’information de ces relevés et d’entrer ainsi dans l’ère de la cosmologie de précision notamment sur la mesure du taux de croissance des structures. Cette thèse propose l’approche originale d’utiliser la densité à grande échelle pour améliorer sensiblement la précision sur cette mesure, dans le but de renforcer les tests de la relativité générale et de rechercher d’éventuelles déviations.

Cette thèse se déroulera à l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers au CEA-Saclay. Le futur doctorant sera intégré au groupe de cosmologie de l'Irfu/DPhP, composé de 10 physiciens, 4 doctorants et 2 post-docs. Présent et moteur dans les expériences eBOSS et DESI, le groupe participe également à Euclid et a eu par le passé une forte contribution dans SNLS, Planck et BOSS, toutes expériences organisées en collaborations internationales. Le futur doctorant sera intégré à la collaboration DESI dont il analysera les données et bénéficiera pour ce faire de toute l’expertise du groupe déjà acquise sur BOSS et eBOSS.

Interactions multi-physique entre étoiles et atmosphères exoplanétaires

SL-DRF-21-0543

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Antonio Garcia Muñoz

Antoine Strugarek

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Antonio Garcia Muñoz
CEA - DRF


Directeur de thèse :

Antoine Strugarek
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

0169083018

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

Nous connaissons aujourd’hui plus de 4,000 exoplanètes dans plus de 3,000 systèmes exoplanétaires. La population d’exoplanètes connues montre une grande diversité en termes de masse, rayon (et donc de densité et de composition), et d’architecture orbitale. La communauté de recherche évolue aujourd’hui de la détection des exoplanètes à leur caractérisation, et plus particulièrement à la caractérisation de leur atmosphère. Ce projet de thèse porte sur l’étude numérique des mécanismes physiques (dynamique 3D, photochimie, interactions magnétiques) qui déterminent l’échappement atmosphérique des atmosphères d’exoplanètes fortement irradiées. Le projet a pour but de proposer une interprétation physique --qui manque aujourd’hui-- aux observations en transit (e.g. en Lyman-alpha, C II, H-alpha, He I at 1083 nm) de la haute atmosphère d’exoplanètes chaudes. La priorité sera mise sur le développement de modèles basés sur la physique ab-initio afin de prendre en compte toute la complexité de ces interactions, et de les placer dans le contexte des observations actuellement disponibles. La thèse posera ainsi les jalons du développement d’un nouveau modèle versatile, 3D, multi-physique, avec une ambition internationale pour la recherche sur les interactions étoile-planète.
MODELISATION DE LA FORMATION DES MAGNETARS

SL-DRF-21-0848

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de modélisation des plasmas astrophysiques (LMPA)

Saclay

Contact :

Jérôme Guilet

Thierry FOGLIZZO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Jérôme Guilet
CEA - DRF/IRFU

06 38 62 46 30

Directeur de thèse :

Thierry FOGLIZZO
CEA - DRF/IRFU/DAP/LMPA

01 69 08 87 20

Les magnétars sont les étoiles à neutrons arborant les plus forts champs magnétiques connus dans l’univers. La naissance de ces objets figure parmi les scénarios les plus étudiés pour expliquer certaines des explosions les plus violentes : les supernovae superlumineuses, les hypernovae et les sursauts gamma. Ils sont de plus à l’origine d’au moins une partie des énigmatiques sursauts radio rapides, comme l’a démontré en 2020 la détection d’un sursaut radio en provenance d’un magnétar galactique. L’exploitation scientifique des données de plus en plus abondantes provenant de ces différents objets nécessite le développement de modèles plus prédictifs. Une des briques encore incomplète concerne la prédiction des caractéristiques du champ magnétique des magnétars et de leur évolution. Récemment, des simulations numériques ont réussi à décrire la formation d’un champ magnétique d’intensité comparable aux magnétars grâce à des mécanismes d’amplification se déroulant dans les premières secondes après la formation de l’étoile à neutrons. La plupart des manifestations observationnelles des magnétars citées plus haut nécessitent cependant que le champ magnétique survive sur des échelles de temps bien plus longues (de quelques semaines pour les supernovae superlumineuses à des milliers d’années pour les répéteurs de gamma mous). Cette thèse se propose de déterminer comment le champ magnétique turbulent généré dans les premières secondes va évoluer pour atteindre un état d’équilibre stable à même d’expliquer ces observations.
Measuring the growth of massive structures in the distant Universe with deep spectroscopic surveys

SL-DRF-21-0166

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Emanuele DADDI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Emanuele DADDI
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG


Directeur de thèse :

Emanuele DADDI
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG


A growing convergence of research lines point to the first massive structures, like groups and clusters, assembling in the distant Universe as rosetta-stone places to try to unveil important unsolved questions in galaxy and structures formation and evolution. This includes understanding the physical processes by which galaxies are fuelled by gas (which allows them to form their stars), by which galaxies change their structures, the role played by galaxy mergers, the feedback with their internal growing black holes, and interactions and the paths through which they eventually stop forming stars.



We propose a PhD project in which the student will participate to this research by working with a large international consortium that is building and will be using the new generation MOONS instrument for the Very Large Telescope in Chile, a giant multi-object spectrograph that will deliver simultaneous observations of 1000 spectra of galaxies selected over large areas. The consortium has been granted 200 observing nights to carry out a large extragalactic survey with many different science aims. The student will be responsible of the selection, observations, data reduction and interpretation of galaxies in the most massive and distant environments probed by the survey. Key science goals will include: 1) the estimate of the evolving number densities of these structures and comparison to theoretic models as a strong constrain to structure formation theory and baryon assembly; 2) the measurement of the statistical modulation of star formation activity in these environments as a test of cold accretion theories; 3) the measurement of the statistical progression of quenching as a function of structure mass and redshift, as a powerful test of quenching mechanisms.



This thesis will potentially provide a solid formation for the student in many aspects of observational cosmology, from observations at one of the best ground-based telescopes to data analysis and interpretation all the way possibly to modeling, based also on the interests of the students and on results.
Mesure de masse des amas de galaxies par effet de lentille gravitationnelle sur le fond diffus cosmologique

SL-DRF-21-0763

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Cosmologie Millimétique

Saclay

Contact :

Jean-Baptiste Melin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

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

01 69 08 73 80

Directeur de thèse :

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

01 69 08 73 80

Labo : http://irfu.cea.fr

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



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



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



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



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



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

Enfin, on étudiera la précision sur les paramètres cosmologiques que l’on peut espérer obtenir à partir des catalogues d’amas, compte tenu des précisions attendues dans ces expériences futures sur la mesure de masse.

ORIGINE ET DYNAMIQUE DES AMAS DE PROTO-ETOILES

SL-DRF-21-0870

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Philippe ANDRÉ

Philippe ANDRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Philippe ANDRÉ
CEA - DRF/IRFU/DAp/LFEMI

0169089265

Directeur de thèse :

Philippe ANDRE
CEA - DRF/IRFU/DAp/LFEMI

0169089265

Il semble maintenant établi que la grande majorité des étoiles se forment en groupes ou en amas. Il se peut que le Soleil se soit lui-même formé dans un amas. Cependant, les modèles théoriques actuels de formation de proto-étoiles se limitent souvent à la formation d’étoiles individuelles au sein de coeurs denses isolés. Ces modèles n'expliquent pas la distribution en masse des étoiles (i.e., l'« IMF », qui semble quasi-universelle) et ne prennent pas en compte les effets dynamiques (interactions, collisions ...) qui peuvent jouer un rôle critique dans les amas d’étoiles en formation. Pour comprendre l'origine de la masse des étoiles et les conditions dans lesquelles s’est formé notre système Solaire, il est important d’étudier en détail les propriétés des amas de proto-étoiles en cours de formation, notamment leur dynamique, et les effets collectifs dans le processus de formation stellaire, à l’échelle des nuages moléculaires les plus proches qui fournissent de véritables laboratoires.

C'est l'objectif de la thèse proposée qui comprendra quatre volets :

1) L’exploitation sytématique du contenu proto-stellaire de la base de données du relevé de la Ceinture de Gould avec Herschel (HGBS; http://gouldbelt-herschel.cea.fr/archives).

2) L’exploitation de la base de données Gaia pour quantifier la statistique des mouvements propres et donc la dynamique des étoiles jeunes dans les mêmes nuages.

3) L’utilisation d’observations millimétriques complémentaires avec les télescopes de l’IRAM pour étudier la cinématique du gaz et estimer les mouvements relatifs des proto-étoiles et coeurs proto-stellaires.

4) La comparaison des contraintes observationnelles à des simulations numériques.
Vers une caractérisation 3D des vestiges de supernova en rayons X

SL-DRF-21-0318

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Fabio Acero

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Fabio Acero
CEA - DRF/IRFU/DAP/LEPCHE

0169084705

Directeur de thèse :

Fabio Acero
CEA - DRF/IRFU/DAP/LEPCHE

0169084705

Voir aussi : http://github.com/facero/sujets2021

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

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

SL-DRF-21-0153

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LISIS)

Saclay

Contact :

Diego GOTZ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Diego GOTZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LISIS

+33-1-69-08-59-77

Directeur de thèse :

Diego GOTZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LISIS

+33-1-69-08-59-77

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

SVOM est une mission spatiale dédiée à l’étude des sursauts gamma cosmiques et d’autres sources transitoires et multi-messagers. C’est un projet bilatéral développé entre la France et la Chine et son lancement est prévu en juin 2022.



La charge utile de SVOM est composée d’un ensemble unique d’instruments multi-longueur d’onde, sensibles des rayons gamma jusqu’à la bande visible. Font également partie de la mission SVOM des télescopes robotiques au sol, distribués autour de la Terre pour permettre un suivi rapide des sources détectés par SVOM. La partie embarquée des instruments de SVOM se compose d’ECLAIRs, un télescope à masque codé sensible dans la bande 4-150 keV, du GRM un spectromètre gamma (20 keV – 5 MeV), et de deux télescopes de suivi, VT (sensible à la lumière visible) et MXT (0.2-10 keV) Le Microchannel X-ray Telescope (MXT) est un télescope X compact et son but principal de MXT est de localiser précisément les contreparties X des sursauts de SVOM et d’en étudier en détail les caractéristiques spectrales et temporelles.



Les sursauts gamma cosmiques sont produits soit par le collapse d’une étoile massive (> 50 fois la masse du soleil), soit par la coalescence de deux objets compacts (probablement deux étoiles à neutrons). Dans les deux scenari une émission de courte durée (typiquement < 100 s) est mesurée, suivie sur une échelle de temps plus longue (heures, jours, semaines) d’une émission à des longueurs d’ondes plus grandes (X jusqu’à radio). Cette dernière nous donne des informations sur les processus d’émission à la source, ainsi que sur son environnement et les astres qui l’ont générée (progéniteurs).



L’étudiant.e en thèse va d’abord contribuer à l’analyse des données de calibration de MXT et leur analyse permettra une caractérisation complète des propriétés spectrales et spatiales du télescope. En particulier l’étudiant.e sera responsable de la production de la matrice de réponse spectrale avant le lancement et de sa mise à jour régulière pendant la mission en analysant les données de calibration en vol.



L’étudiant.e fera partie de l’équipe scientifique de MXT et sera appélé.e à participer aux astreintes des "avocats sursauts" pour valider les alertes de SVOM. Son expertise acquise par l’activité de de calibration lui permettra d’analyser, dès le début de la mission, de façon efficace les données de vol dans le un contexte multi-longueur d’onde de SVOM. S’en suivra une analyse phénoménologique claire des rémanences de sursauts de SVOM. La phase initiale de la rémanence en X peut d’ailleurs donner des indications très intéressantes y compris sur la nature des progéniteurs, grâce par exemple à l’étude et l’interprétation des phases dites « de plateau » des courbes de lumière.

Incertitudes pour la reconstruction d'images à grande échelle basée sur l'apprentissage profond

SL-DRF-21-0336

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

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jean-Luc STARCK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

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

01 69 08 57 64

Directeur de thèse :

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

01 69 08 57 64

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

Labo : http://www.cosmostat.org

Le deep learning (DL) a changé la manière de résoudre des problèmes inverses. De nombreux défis scientifiques subsistent qu'il est nécéssaire de relever pour son déploiement en imagerie astronomique: i) la prise en compte du modèle de formation physique, ii) l’estimation des incertitudes sur les images reconstruites, iii) la généralisation, et iv) le volume des données pour le passage à l’échelle. Pour quantifier les incertitudes, nous avons introduit une approche DL probabiliste (Remy et al., 2020), qui permet de dériver la distribution à posteriori de la solution, mais qui nécessite l’utilisation de techniques coûteuses de simulation (MCMC), ce qui ne permet pas son utilisation dans des projets ambitieux comme Euclid ou SKA.

Plusieurs défis seront relevés dans cette thèse:

- Développer une nouvelle méthode DL pour quantifier les incertitudes, tout en jouissant de garanties théoriques de couverture. On s’appuiera sur la régression conforme de quantiles, une nouvelle méthode issue des statistiques théoriques (Romano et al., 2019).

- La généralisation: Nous avons récemment proposé une nouvelle architecture de réseaux de neurones (les learnet, Ramsi et al., 2020), qui a l’avantage d’inclure certaines propriétés de la transformée en ondelettes comme la reconstruction exacte. Ce type d’architecture devrait apporter une solution au problème de généralisation.

- Le passage à l'échelle sur des données de dimension 3 ou 4. Il s’agira alors d’étendre les résultats obtenus pour pouvoir manipuler efficacement ce type de données.

Le dernier challenge de cette thèse sera de mettre en place ces nouveaux outils pour résoudre des problèmes dans deux grands projets internationaux, pour les cartes de matière noire avec Euclid et SKA.



[1] B. Remy, F. Lanusse, Z. Ramzi, J. Liu, N. Jeffrey and J.-L. Starck, "Probabilistic Mapping of Dark Matter by Neural Score Matching", NeurIPS 2019 Machine Learning and the Physical Sciences Workshop.

[2] Y. Romano E. Patterson E. J. Candès, Conformalized quantile regression. Advances in neural information processing systems 32 NeurIPS, 2019.

[3] Z. Ramzi, JL Starck, T Moreau, P Ciuciu, "Wavelets in the deep learning era", European Signal Processing Conference, accepted submission to the EUSIPCO 2020 conference.

Machine learning pour le démélange des signaux gravitationnels de l'interféromètre LISA

SL-DRF-21-0300

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

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

Laboratoire ingénierie logicielle et applications spécifiques (LILAS)

Saclay

Contact :

Jérôme Bobin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Jérôme Bobin
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/LILAS

0169084463

Directeur de thèse :

Jérôme Bobin
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/LILAS

0169084463

Page perso : www.jerome-bobin.fr

Suite aux premières détections directes d’ondes gravitationnelles en 2015, couronnées par le prix Nobel de Physique 2017, une nouvelle fenêtre d'observation de notre Univers s’est ouverte. A la différence des interféromètres au sol, l’observatoire spatial LISA (Laser Interferometer Space Antenna) sera sensible à un grand nombre de signaux de nature physique distincte : systèmes binaires galactiques, trous noirs supermassifs, systèmes binaires à rapports de masses élevés, etc. Cette richesse pose un défi majeur d’analyse de données : le démélange de nombreux évènements gravitationnels et de nature physique différente. L’objectif de cette est de développer la première méthode de démélange pour l’analyse des données LISA. L’approche proposée utilise des représentations des signaux adaptées à chaque catégorie d’évènements, tirant partie de la différence de morphologie de leurs signatures temporelles. La construction de ces représentations fera appel à des méthodes d’apprentissage automatique (machine learning) avancées. La méthode proposée sera évaluée par une participation aux LISA Data Challenges (LDC).
Conception d’un nouveau Convertisseur Analogique Numérique auto-calibré par Machine Learning

SL-DRF-21-0349

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

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

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

Saclay

Contact :

Fabrice Guilloux

Philippe Schwemling

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Fabrice Guilloux
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/STREAM

33 1 69 08 67 31

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Atlas

33 1 69 08 85 85

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

Dans les expériences de physique des hautes énergies actuelles et futures (tel le LHC au CERN), les grands détecteurs de particules utilisent des circuits intégrés sub-microniques dont les signaux sont numérisés très en amont de la chaine de traitement et véhiculés loin de l’expérience par des liens ultra-rapides. Le développement de nouveaux convertisseurs analogique numérique (ADC) performants dans des environnements souvent extrêmes, en particulier en termes de radiations est un défi. La tendance a été jusqu’ici d’essayer de rendre les réponses de ces circuits les plus stables et indépendantes des variations de paramètres environnementaux et technologiques. Une autre piste consiste à établir des tables de calibration précises « téléchargeables » dans l’ASIC au cours de l’évolution des conditions ou générées automatiquement par l’ASIC.



Cette génération des paramètres de calibration, dans ou hors ASIC, est envisageable dans le cadre de l’apprentissage automatique ou Machine Learning (ML).



L’approche innovante pour cette thèse est d’appréhender à la fois la complexité matérielle d’un ADC et l’analyse logicielle en réalisant les algorithmes de ML aboutissant à la calibration de l’ADC. Finalement, avec une calibration efficace, il sera même possible d'envisager améliorer les performances de l’ADC en utilisant de multiples voies d’ADC inter-calibrées et ainsi d’atteindre des performances (vitesse de conversion et/ou résolution) inaccessibles à un ADC unique.
Conception d’un nouveau circuit de lecture pour des détecteurs hybrides fortement pixélisés destinés à des applications spatiales de spectro-imagerie et polarimétrie dans la bande des rayons X durs.

SL-DRF-21-0346

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

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

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

Saclay

Contact :

Olivier GEVIN

Olivier LIMOUSIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Olivier GEVIN
CEA - DSM/IRFU/SEDI

0169081716

Directeur de thèse :

Olivier LIMOUSIN
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

01 64 50 15 03

Cette thèse d’instrumentation spatiale consiste à concevoir un circuit microélectronique matriciel intégrant de nombreuses fonctions analogiques et numériques dans des pixels de 250 µm de côté pour la lecture de détecteurs semi-conducteurs en CdTe ou en silicium.

Notre équipe de recherche développe depuis 2011 un nouveau concept de détecteurs hybrides appelés MC2 (Mini CdTe on Chip) s’appuyant sur des technologies 3D de type WDoD (TM) (wireless die on die) et devant supporter l’environnement thermomécanique et radiatif d’une mission spatiale. L’ambition est de réaliser des grands plans focaux aux performances inégalées en spectro-imagerie résolue en temps et en polarimétrie, au service des prochaines découvertes de l’astrophysique X et gamma et de la physique des éruptions solaires.

La technologie microélectronique visée est la technologie XFAB 180 nm, particulièrement attractive pour des applications spatiales du fait de sa disponibilité commerciale pérenne et abordable et de sa bonne tenue aux radiations. Elle constitue un choix crédible comme alternative à la technologie AMS 0.35 µm, massivement exploitée jusqu’à présent par notre groupe, notamment pour les projets spatiaux SVOM (gamma caméra ECLAIRs) et Solar Orbiter (télescope X STIX). Les futures générations de nos détecteurs pourront bénéficier de cette technologie avantageuse en R&D autant qu’en production même dans les cas où la tenue à la dose est importante.

Deux générations de circuits matriciels réalisés dans la technologie XFAB 180 nm ont montré des résultats très prometteurs pour intégrer des chaînes de spectroscopie autodéclenchées ultra bas bruit et basse consommation dans un pixel de 250 µm de côté. Ces circuits ont montré également la nécessité de concevoir, de caractériser et d’optimiser plusieurs fonctions critiques au niveau du pixel, des blocs communs et des opérateurs inter-pixels afin d’obtenir une meilleure uniformité de réponse et le niveau de bruit ultime recherché. L’objectif de la thèse est d’apporter des solutions innovantes et performantes pour un nouveau circuit de 32 x 32 pixels au pas de 250 µm, aboutable sur 2 côtés, avec une interface optimisée et une architecture modulaire pour être intégré dans un module de détection spatialisable.

Des retombées de ces développements sont également envisagées dans le domaine médical, notamment pour la tomographie du cancer du sein ainsi que dans le domaine de la surveillance environnementale dans le domaine nucléaire.

Les conditions et les dimensions inventives du design numérique

SL-DRF-21-0348

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

DIR

Laboratoire de recherche sur les sciences de la matière

Saclay

Contact :

Vincent Bontems

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-05-2021

Contact :

Vincent Bontems
CEA - DSM/IRFU

0169087094

Directeur de thèse :

Vincent Bontems
CEA - DSM/IRFU

0169087094

Labo : http://iramis.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=748

Voir aussi : https://www.octo.com/

L’innovation numérique s’architecture en grande partie depuis quelques grappes technologiques ancrées dans des sites géographiques précis (Silicon Valley, Shenzhen, etc.). Ces lieux sont des écosystèmes, c’est-à-dire des milieux naturels, sociaux et techniques, qui jouent le rôle de « terroirs technologiques ».



Le premier objectif de cette thèse est de clarifier la spécificité et l’impact de ces contextes locaux d'origine concernant l’inventivité dans le design numérique. D'une part, ils accueillent et engendrent la possibilité d’innover ; d’autre part, ils modulent et organisent un espace global, constitué par l’ensemble des territoires connectés aux réseaux d’information. Le Campus Paris-Saclay constituera l’un des terrains d’étude. Les activités de la firme OCTO Technology en fourniront d’autres.



La notion de design désigne un processus récurrent de conception qui produit et fait évoluer un objet technique en lui intégrant les contraintes et les ressources issues de son insertion sociale et culturelle. Le philosophe des techniques Gilbert Simondon a mis au point une méthode pour analyser l’invention et l’évolution de lignées techniques en relation avec leur "milieu associé". Cette thèse devra mesurer la pertinence de ces concepts appliqués aux objets numériques, les réviser et les compléter par l’apport d’autres penseurs des technologies numériques.



Le déploiement d’algorithmes ou d’intelligences artificielles résulte d’un processus complexe de diffusion opérant à des échelles multiples. Une analyse des conditions de l'inventivité en termes de régimes de conception et de terrains d’entente est pertinente. Toutefois, la "scalabilité" propre au design numérique (du fait de la réplication à coût marginal) transforme les dimensions de ce processus. La thèse devra donc prendre en compte les relations d’échelle afin d’objectiver les différents niveaux où se concrétise l’inventivité du design numérique.



Cette thèse exige une réflexion qui embrasse la richesse et la diversité de la réalité technologique, y compris sa dimension éthique. Elle devra aboutir à des pistes, pour le CEA comme pour OCTO technology, visant à favoriser l’émergence d’innovations numériques dans la perspective écoresponsable d’une « right technology ».

Deep Learning et spectroscopie gamma : une nouvelle approche de traitement du signal pour l’analyse de données de détecteurs CdTe

SL-DRF-21-0316

Domaine de recherche : Instrumentation
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LSIS)

Saclay

Contact :

Olivier LIMOUSIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Olivier LIMOUSIN
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

01 64 50 15 03

Directeur de thèse :

Olivier LIMOUSIN
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

01 64 50 15 03

Cette thèse à l’interface entre l’instrumentation nucléaire et les mathématiques appliquées consiste à développer et mettre en œuvre des méthodes avancées de traitement de données spectrales issues de détecteurs CdTe Caliste pour des photons de hautes énergies. Ces capteurs issues de la recherche fondamentale en astrophysique spatiale, sont la brique de base de la gamma caméra Spid-X née de développements technologiques communs entre le CEA et l’entreprise 3D PLUS. Elle vise à caractériser des environnements radiatifs dans le cadre de la surveillance nucléaire, pour la sûreté d’exploitation nucléaire ou d’installations de recherche, ou encore pour le démantèlement d’installations.

Les méthodes étudiées feront appel à des outils de Deep Learning avec pour objectif d’analyser des spectres gamma acquis dans un environnement complexe induisant des déformations spectrales, potentiellement difficile à interpréter avec des algorithmes classiques.

Pour cela, le doctorant mènera les axes d’études suivants :

• L’identification de radioéléments et la mesure de leur proportion dans le signal avec un ou plusieurs matériaux absorbeurs et diffuseurs entre les sources et le détecteur (méthodes : simulations Monte-Carlo Geant4, réseaux de neurones bayésiens, apprentissage robuste à la confiance et expérimentation).

• La détermination de la nature du matériau traversé et de l’épaisseur traversée (méthodes : simulations Monte-Carlo Geant4, réseaux de neurones adversariaux (GANs), auto-encodeur, expérimentation).

• L’application aux méthodes d’imagerie à masque codé. Selon les résultats obtenus aux deux axes précédents et l’espace de découverte qui en découle, les méthodes pourront être reprises sur la thématique des masques codés pour l’imagerie gamma.

Imagerie neutronique et beta avec des détecteurs Micromegas à lecture optique

SL-DRF-21-0319

Domaine de recherche : Neutronique
Laboratoire d'accueil :

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169083852

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

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

Recent developments have shown that coupling a Micromegas gaseous detector on a glass substrate with a transparent anode and a CCD camera enable the optical readout of Micromegas detectors with an impressive spatial resolution showing that the glass Micromegas detector is well-suited for imaging. This feasibility test has been effectuated with low-X-ray photons permitting energy resolved imaging. This test opens the way to different applications. Here we will focus, on one hand, on neutron imaging for non-destructive examination of highly gamma-ray emitting objects, such as fresh irradiated nuclear fuel or radioactive waste and on the other hand, we would like to develop a beta imager at the cell level in the field of anticancerous drug studies.

Both applications require gas simulations to optimize light yields, optimization of the camera operation mode and design of the detectors in view of the specific constraints of reactor dismantling and medical applications: spatial resolution and strong gamma suppression for neutron imaging and precise rate and energy spectrum measurements for the beta. The image acquisition will be optimized for each case and dedicated processing algorithms will be developed.

Technologies d’imagerie modernes pour la neutronographie

SL-DRF-21-0860

Domaine de recherche : Neutronique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Frédéric OTT

Antoine DROUART

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Frédéric OTT
CEA - DRF/IRAMIS/LLB/NFMQ

01 69 08 61 21

Directeur de thèse :

Antoine DROUART
CEA - DSM/IRFU/DPhN/LENA

01 69 08 73 52

La neutronographie, ou radiographie neutronique, consiste à réaliser une image 2D d’un objet traversé par un flux de neutrons en mesurant les différences d’absorption et de diffusion de ces particules lors de la traversée des matériaux. C’est un contrôle non-destructif et ces images possèdent des caractéristiques extrêmement intéressantes, très différentes de celles obtenus par radiographie X. En effet, les neutrons, essentiellement sensibles à l’interaction nucléaire, sont affectés par les éléments chimiques légers (hydrogène), présents notamment dans les matières organiques, alors que les éléments plus lourds, comme les métaux, leur sont transparents. Ainsi la neutronographie trouve-t-elle des applications uniques en science des matériaux, en ingénierie, en archéologie ou dans l’étude d’œuvres d’art.

Jusqu’à présent, les neutrons étaient produits par des réacteurs nucléaires de recherche, mais ces installations, anciennes, sont en fin de vie, tel le réacteur Orphée, à Saclay, qui a fermé en 2019. De sources alternatives sont en cours de développement, basées sur les neutrons émis lors de réactions nucléaires produites par un faisceau de particules (par exemple des protons) accélérées, comme le projet SONATE. Ces nouvelles installations sont moins chères et plus souples que les réacteurs nucléaires, mais fournissent des flux de neutrons moins élevés. Pour éviter des temps de mesures trop longs, il est nécessaire d’employer des technologies d’imagerie plus sensibles que les films argentiques traditionnels. L’objectif de cette thèse et de qualifier différentes technologies modernes d’imagerie et de les optimiser pour la neutronographie industrielle. Différentes technologies de détecteurs sont possibles : détecteurs basée sur des galettes à micro-canaux, ou détecteurs basées sur des films scintillants couplés à des caméras CCD. L’analyse des signaux issus de ces détecteurs peut également être optimisée, et on pourra étudier le mode « événement par événement » pour améliorer la sélectivité et la résolution des images. Enfin ou pourra également employer un post-traitement de l’image, basé sur des algorithmes de réduction de bruit et de super-résolution, qui pourront faire appel à des méthodes avancées de machine learning pour la reconstruction d’image, permettant potentiellement un gain de qualité de reconstruction ainsi qu’une analyse rapide.

Etude des mécanismes de réaction pour la synthèse des éléments super-lourds

SL-DRF-21-0285

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Département Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Saclay

Contact :

Dieter ACKERMANN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Dieter ACKERMANN
CEA - DRF/IRFU//GANIL

0231454742

Directeur de thèse :

Dieter ACKERMANN
CEA - DRF/IRFU//GANIL

0231454742

Page perso : https://www.ganil-spiral2.eu/wp-content/uploads/2020/09/SHEDYN-thesis2021.pdf

Labo : https://www.ganil-spiral2.eu/fr/

Un des thèmes majeurs en physique nucléaire est l’étude des noyaux à leur limite d’existence. Ces noyaux, très exotiques, ont a priori des propriétés nouvelles, mais sont aussi très difficiles à produire. La thèse concerne l’étude des réactions nucléaires conduisant à la synthèse des noyaux super-lourds. Les modèles ne sont pas assez précis pour pouvoir guider les expériences et il y a peu de données expérimentales. Le but est donc d’utiliser des méthodes innovantes pour contraindre les modèles.
Extension des calculs ab initio vers les hautes précisions

SL-DRF-21-0293

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Thomas DUGUET

Vittorio SOMA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Thomas DUGUET
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

0169082338

Directeur de thèse :

Vittorio SOMA
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

0169083236

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

La description théorique "ab initio" des noyaux atomiques n'est devenue possible que 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 progrès en théorie à N corps. Le projet sera centré sur une technique ab initio en cours de développement au CEA Saclay (l'approche dite de fonction Gorkov-Green) 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 les premières applications pour des noyaux légers et de masse moyennes, l'approche face au défi d’un upgrade crucial pour atteindre le niveau de précision et compétitivité des méthodes de pointe. Le travail proposé visera à développer les premiers outils pour aller dans ce direction.



En particulier, l'approche de fonction Gorkov-Green sera étendue à un niveau de précision supérieur. Après quelques travaux formels, cela nécessitera une implémentation numérique minutieuse à partir du code existant. Compte tenu de l'augmentation du coût des calculs numériques correspondants, censés passer de modérément (100 processeurs) à massivement parallèles (1000 procs.), une attention particulière devra être portée à l'optimisation du code et à l'utilisation de techniques de prétraitement comme l'importance de la troncation ou de la factorisation tensorielle.



Le travail de thèse 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 s'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. Des collaborations internationales sont envisagées.
Optimisation du booster pour le collisionneur électrons-positrons FCC-ee

SL-DRF-21-0083

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

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

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

Saclay

Contact :

Antoine CHANCE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2020

Contact :

Antoine CHANCE
CEA - DRF/IRFU/DACM/LEDA

(+33) 1 69 08 17 19

Directeur de thèse :

Antoine CHANCE
CEA - DRF/IRFU/DACM/LEDA

(+33) 1 69 08 17 19

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

Voir aussi : https://home.cern/science/accelerators/future-circular-collider

Une question centrale actuelle en physique des particules est de comprendre l’origine de la masse des particules, par l’exploration des propriétés du boson de Higgs, en particulier son interaction avec lui-même. Un collisionneur électron-antiélectron est alors un outil de choix permettant de faire de la physique de précision. Dans ce cadre, le projet « Future Circular Collider Innovation Study » (FCCIS) a pour but de livrer un rapport conceptuel détaillé et donner un plan d’implémentation à long terme et pérenne d’un collisionneur électron-antiélectron de 100 km de long au CERN.

Le doctorant rejoindra une collaboration comprenant plusieurs laboratoires de renommée internationale comme le CERN, DESY, l’INFN ou KIT. La thèse portera sur le booster, l’anneau chargé d’accélérer les électrons jusque l’énergie nominale avant injection dans le collisionneur. Le booster présente plusieurs défis.

i)l’énergie d’injection. Le doctorant fixera l’énergie minimale admissible pour injecter dans le booster ; ce choix aura un fort impact sur le complexe d’injection et sur son coût.

ii) l’optique de l’anneau. Le doctorant proposera différentes optiques et des solutions innovantes pour accélérer l’obtention des conditions d’équilibre.

iii) l’injection dans le collisionneur. Le doctorant étudiera comment injecter dans l’anneau et concevra les lignes de transport jusqu’au collisionneur.

Le doctorant utilisera le code MAD-X, code de référence développé au CERN, pour les calculs d’optique.
TECHNIQUES AVANCÉES ET D’INTELLIGENCE ARTIFICIELLE POUR ATTENUER LES IMPERFECTIONS DANS LES FUTURS COLLISIONNEURS CIRCULAIRES

SL-DRF-21-0279

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

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

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

Saclay

Contact :

Barbara Dalena

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Barbara Dalena
CEA - DRF/IRFU/DACM


Directeur de thèse :

Barbara Dalena
CEA - DRF/IRFU/DACM


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

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

Suite à la découverte du boson de Higgs au LHC, la communauté de physique des particules explore et propose de futurs accélérateurs, pour répondre aux questions ouvertes sur les constituants élé-mentaires de l’univers. Une des possibilités étudiées est FCC (Future Circula Collider), un colli-sionneur de 100 km au CERN. La version hadronique de FCC (FCC-hh) semble être la seule solution pour atteindre des domaines d’énergie bien au-delà du LHC, dans un futur relativement proche, donnant un accès direct à de nouvelles particules avec des masses jusqu’à des dizaines de TeV. Les taux de production dans les domaines des masses en deçà du TeV sont sans commune mesure avec la version électronique de FCC, ouvrant la porte à des études de physique de précision. Une première étude de faisabilité n’a montré aucun obstacle majeur pour ces collisionneurs, mais a identifié plusieurs défis spécifiques à la dynamique des faisceaux: une grande circonférence (avec les problèmes de génie civil), une faible emittance géométrique, la stabilité du faisceau avec de forts courants, une énergie de colli-sion et une luminosité sans précédent, une énorme quantité d’énergie emmagasinée dans le faisceau, une grande puissance de rayonnement synchrotron et les mécanismes d’injection. Cette thèse portera sur l’optimisation de la version hadronique du futur collisionneur circulaire face aux imperfections linéaires et non linéaires (i.e. les alignements et qualités de champs des aimants). Un point central sera la comparaison des méthodes actuelles de correction, déjà très avan-cées, à celles émergentes et complémentaires basées sur l’apprentissage automatique. L’application de ces techniques aux accélérateurs est l’un des sujets d’actualité dans le domaine et poursuivi dans le monde entier.

CALIBRATION DES BOLOMETRES A L’ECHELLE DU KeV ET DIFFUSION COHERENTE DES NEUTRINOS AVEC L’EXPERIENCE NUCLEUS

SL-DRF-21-0270

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

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

David LHUILLIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

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

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=31&voir=technique

Le sujet central cette thèse est l’expérience NUCLEUS qui a pour motivation de mesurer la diffusion cohérente des neutrinos issus des réacteurs du site EDF de Chooz, dans les Ardennes. Bien que, dans la gamme d’énergie du MeV qui nous concerne, la diffusion cohérente sur les noyaux soit le mode d’interaction le plus probable des neutrinos avec la matière, il est extrêmement difficile à détecter car sa seule signature est le recul infime du noyau cible. Ainsi la première observation de ce processus date de 2017 seulement, avec des neutrinos de quelques dizaines de MeV issus de la source de spallation de Oak Ridge. La mesure auprès des réacteurs reste à faire et NUCLEUS a pour objectif une étude précise de ce couplage neutrino-matière encore inexploré, avec une sensibilité unique à une éventuelle nouvelle physique dans le secteur électrofaibe du modèle standard. La diffusion cohérente se distingue de la réaction bêta-inverse utilisée jusqu’à présent par une section efficace plusieurs ordres de grandeur supérieure permettant une miniaturisation des détecteurs : 10g de cible seulement pour la première phase de NUCLEUS. Enfin, l’absence de seuil de réaction (au lieu de 1.8 MeV pour la bêta-inverse) pourrait également permettre un suivi direct de l’accumulation de plutonium dans les cœurs de réacteur.

NUCLEUS utilisera des bolomètres en saphir (Al2O3) et en tungstate de calcium (CaWO4) sous forme de cristaux cubiques de 5 mm d’arête. Un seuil de détection de 20 eV a déjà été atteint avec cette technologie. Le travail de thèse proposé ici portera sur deux aspects centraux de l’expérience : la calibration des détecteurs et la réjection des rayons cosmiques, principale source de bruit de fond. Une calibration précise est en effet un ingrédient indispensable pour étudier la diffusion cohérente et pour atteindre la meilleure sensibilité sur une éventuelle nouvelle physique. Bien que la gamme d’énergie des reculs nucléaires attendus, de l’ordre de 100 eV, soit au-dessus des seuils de détection aucune méthode de calibration absolue des bolomètres n’existe actuellement pour cette nouvelle région d’intérêt. L’extrapolation des mesures disponibles à l’échelle du keV est problématique du fait d’une évolution rapide et non-triviale de la répartition des différents modes d’excitation : phonons, ionisation et scintillation. Une nouvelle méthode proposée par le Département de Physique Nucléaire du CEA-Saclay (DPhN) donnerait accès pour la première fois à des reculs nucléaires calibrés, dans le domaine des 100 eV et uniformément répartis dans le volume du bolomètre. La validation de cette méthode et une première mesure avec un bolomètre de NUCLEUS seront développées durant la thèse, en collaboration avec l’IJCLab d’Orsay, l’université de Munich (TUM) et l’université de Vienne (TU Wien). Applicable à différents types de bolomètres, cette méthode a potentiellement un fort impact scientifique vers les programmes de diffusion cohérente de neutrinos, de recherche de matière noire légère mais aussi de physique du solide.

Le DPhN est également fortement impliqué dans la réalisation du véto muon de NUCLEUS. Ce blindage actif entoure aussi hermétiquement que possible tout le dispositif de mesure avec des panneaux de plastique scintillant dont la lumière est extraite par des fibres optiques connectées à des Silicon-Photomultipliers (SiPM). Il a pour but de signer le passage des rayons cosmiques à proximité des bolomètres afin de rejeter tout événement (potentiellement bruit de fond) durant les ~100 microsecondes suivantes. L’exploitation des données de ce détecteur est une entrée naturelle vers l’analyse de NUCLEUS dont le démarrage de la prise de données sur site EDF est prévu fin 2022 – début 2023.

Enfin, le DPhN est également à l’origine de l’expérience STEREO qui a pour motivation la recherche de neutrinos stériles et la mesure précise du spectre neutrino issu de la fission de 235U. Elle est installée auprès du réacteur de recherche de l’ILL et termine sa prise de données cette année. Une partie du travail de thèse pourrait être orienté vers la combinaison des résultats finals de STEREO avec ceux d’autres expériences neutrino, effort déjà engagé avec la collaboration PROSPECT. Certaines techniques impliquées de déconvolution de spectre et de fit global pourraient être transférables à NUCLEUS.



Étapes du travail:

La priorité en début de thèse sera mise sur le développement de la méthode de calibration des bolomètres à 100 eV avec une première étape de validation de principe au CEA et à Orsay en 2021-22, puis une mesure avec les bolomètres de NUCLEUS en Allemagne en 2022-23. Ces travaux feront l’objet de publications techniques et physiques.

L’implication sur l’analyse des données de NUCLEUS montera en puissance en 2e partie de thèse. Le point d’entrée sera l’exploitation des données du véto muon installé sur le site EDF à partir de fin 2022. Le premier travail sera l’optimisation des gains et des seuils pour chaque SiPM afin d’assurer une forte réjection des rayons gamma ambiants, une grande efficacité de détection des muons et un temps mort d’acquisition maîtrisé. Un suivi automatique de l’évolution en temps des performances sera mis en place. La suite de l’analyse pourra se concentrer sur une source spécifique de bruit de fond générée par les rayons cosmiques.

En lien avec le travail sur la calibration des bolomètres des études de sensibilité pourront être menées dans le cadre des tests à basse énergie du modèle standard accessibles par NUCLEUS : évolution de sin2_theta_W, moment magnétique du neutrino … Une synergie avec certains développements de fin d’analyse de STEREO serait alors exploitable.

A travers ce travail l’étudiant(e) aura une formation complète de physicien expérimentateur avec des aspects de simulation, de mise au point de détecteur et d’analyse de données. Les thématiques de physique abordées, diffusion cohérente de neutrino et calibration des bolomètres, sont très actives dans la communauté et offriront de nombreuses perspectives de recherche à l’issue de la thèse. L’étudiant(e) évoluera dans des collaborations internationales. Au sein du CEA il (elle) bénéficiera du caractère « transverse » du neutrino et sera en interaction régulière avec les communautés de physique nucléaire, de physique des particules et de physique des réacteurs.

Conception, caractérisation et exploitation de MICROMEGAS résistifs pour le détecteur proche de DUNE

SL-DRF-21-0291

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Neutrinos Accélérateurs (GNA)

Saclay

Contact :

Guillaume Eurin

Samira Hassani

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Guillaume Eurin
CEA - DRF/IRFU/DPHP

0169085925

Directeur de thèse :

Samira Hassani
CEA - DRF/IRFU/DPHP/TK2

0169087226

Description et problématique :



La communauté des détecteurs gazeux micro-structures (MPGD) présente un intérêt de plus en plus marqué pour les matériaux résistifs. Un effort international est en cours pour le développement et l'exploitation de cette technologie novatrice. Les principaux avantages sont liés à la stabilité face aux décharges électriques et plus récemment à l'amélioration de la résolution spatiale pour la lecture de charge de détecteurs comme les chambres à projection temporelle (TPC). Ces avancées permettront la production de détecteurs à la pointe de la technologie. En particulier pour les Micromegas, inventés à l'IRFU, cette technologie sera un élément crucial pour les programmes de physique visant l'étude des oscillations de neutrinos, un secteur très prometteur pour la recherche de nouvelle physique.



Les expériences T2K ou NOvA mènent à l'heure actuelle l’étude des oscillations de neutrinos utilisant un faisceau de neutrinos muoniques produit par des accélérateurs de particules. Le concept de DUNE est similaire avec une puissance de faisceau et une ligne de base plus importantes. Les neutrinos produits par l'interaction du faisceau avec une cible sont détectés sur deux sites: le détecteur proche à ~ 540 m et le détecteur lointain à ~1300 km. La synergie entre les détecteurs aux deux sites permet de mesurer les paramètres régissant l'oscillation des neutrinos et de réduire un grand nombre d'incertitudes liées au flux ou encore à la section efficace d'interaction des neutrinos. Cela devrait permettre une mesure précise de la phase de violation de CP ainsi que de la hiérarchie de masse des neutrinos. La mesure de la violation de CP dans le secteur leptonique serait une découverte majeure.



Le monitoring du faisceau pour DUNE sera effectué par le détecteur SAND, utilisant des Micromegas résistifs dans les TPCs servant à la mesure de traces. La construction du détecteur proche de DUNE devant se terminer en 2026, les prochaines années vont être cruciales pour le développement des technologies nécessaires.



Ce programme de physique nécessitera l'opération de TPCs fonctionnant de manière stable et fiable pendant plus de dix ans. Des études sur la caractérisation des propriétés des matériaux résistifs ou encore leur vieillissement face à des utilisations sur de longues durées, en présence de radiation ou dans des conditions extrêmes (courant de forte intensité, chute ou augmentation brutale de la température) sont ainsi nécessaires.



Description du groupe, laboratoire, encadrement :



La technologie Micromegas a été inventée à l'IRFU et le groupe neutrino aux accélérateurs a été au cœur des développements sur les Micromegas résistifs pour l'ILC. Cette participation se poursuit avec le déploiement actuel de la technologie pour le détecteur proche de T2K et les développements pour DUNE/SAND. Le groupe est composé de 6 permanents et 2 étudiants en lien avec les Micromegas résistifs. Les physiciens impliqués directement dans SAND forment une jeune équipe dynamique qui bénéficiera de l'expertise du groupe tout en développant la sienne sur une expérience amenée à opérer de nombreuses années.



L'étudiant(e) bénéficiera également de la collaboration avec les services techniques de l'IRFU/DEDIP, l'un des leaders internationaux du développement de MPGD. Des outils très avancés sur les détecteurs, l'acquisition, le slow-control et l'électronique lui seront ainsi accessibles. Des partenariats avec d'autres instituts de recherche (CERN, etc.) et des industriels existent et seront renforcés dans le contexte de ce travail.







Travail proposé :



L'étudiant(e) se concentrera sur la compréhension et la caractérisation détaillée de la feuille resistive utilisée pour les Micromegas résistifs. Les performances de ces détecteurs, cruciales pour la sensibilité de l'expérience, dépendent en grande partie de la résistivité et de la stabilité de ces feuilles et des études sont nécessaires avant la production des détecteurs d'ici fin 2025. Un certain nombre d'infrastructures sont disponibles au CEA (microscopie, faisceaux d'ions, etc.) et des partenariats internes seront ainsi développés. Le CERN sera un partenaire clé de ces études, de part l'acquisition prochaine des installations nécessaires à la production du matériau résistif.



L'étudiant(e) participera également à l'optimisation sur banc de test et par simulations du design des Micromegas résistifs pour les TPCs de SAND. Des tests en cosmiques et en faisceau seront nécessaires pour la caractérisation des détecteurs en conditions réelles. Ces tests seront effectués sur les lignes de faisceau du CERN et/ou de DESY ainsi que sur les infrastructures présentes à l'IRFU.

L'analyse des données de ces tests, qui s'effectuera en collaboration avec un chercheur post-doctoral, sera une des activités principales et pourra donner lieu à une publication. La construction du détecteur proche de T2K devant être terminée pour l'été 2022, l'étudiant(e) pourra, dès son stage, participer aux tests des détecteurs résistifs dans le cadre de la production pour un détecteur final.



Une autre activité possible utilisant les simulations du détecteur SAND dans son ensemble, permettra de réévaluer les incertitudes systématiques théoriques à l'aide de nouveaux modèles d'interaction neutrino-nucléon, contribution importante pour la sensibilité de SAND pour les mesures d'oscillations sur DUNE.



Formation et compétences requises :



Un Master en physique des particules avec des connaissances sur le Modèle Standard ou en lien avec la caractérisation de couches minces est un préalable à cette thèse. Un intérêt marqué pour l'instrumentation est souhaitable et une motivation pour la physique des astroparticules est un plus indéniable. Une initiation aux langages C++ et à ROOT sera également très utile. Des connaissances sur les méthodes de caractérisation de couches minces ainsi que la volonté de travailler à l'interface avec des partenaires académiques et industriels seront un atout majeur.



Compétences acquises :



L'étudiant(e) aura à la fin de sa thèse une bonne connaissance des détecteurs et outils informatiques utilisés dans une collaboration de physique des particules de part son implication dans leurs développements. Ses connaissances techniques sur les détecteurs ainsi que sur les méthodes d'analyse de données et de simulations pourront être valorisées dans d'autres contextes.



Collaboration/Partenariats :



L'étudiant(e) travaillera au sein de la collaboration internationale DUNE, comptant plus d'un millier de membres avec une forte contribution en Europe. Cela lui permettre d'acquérir une bonne expérience en physique des particules et une visibilité conséquente en participant notamment à des Écoles de Physique, ateliers et conférences où ses résultats seront présentés. Des collaborations avec des industriels seront également créées et développées, pour partie sous l'impulsion de l'étudiant(e).

Diffusion cohérente des neutrinos sur noyaux et recherche de nouvelle physique avec l’expérience NUCLEUS

SL-DRF-21-0298

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Sources et Réacteurs (GNSR)

Saclay

Contact :

Matthieu Vivier

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

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

0169086626

Directeur de thèse :

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

0169086626

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

Voir aussi : http://irfu-i.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=4248

Ce sujet de thèse s’inscrit dans le cadre de l’expérience NUCLEUS, qui a pour but de mesurer précisément le processus de diffusion cohérente des neutrinos sur noyaux (DCNN) sur la centrale nucléaire de Chooz dans les Ardennes. Bien qu’aux énergies du ~MeV, la DCNN soit le mode prépondérant d’interaction des neutrinos avec la matière, elle est restée très longtemps inobservée à cause de la difficulté à mesurer les faibles reculs nucléaires qu’elle produit. Ce n’est que 40 ans après sa première prédiction que ce processus a été observé pour la première fois en 2017 avec des neutrinos de quelques dizaines de MeV au laboratoire d’Oak Ridge, Tennessee. La première détection du processus sur un réacteur nucléaire reste à faire, notamment parce que les reculs nucléaires correspondants se situent dans une gamme en énergie (~100 eV) difficilement mesurable avec des technologies de détection conventionnelles, mais aussi à cause des conditions de bruit de fond généralement défavorables qu’offre l’environnement d’une centrale nucléaire. La collaboration NUCLEUS travaille ainsi à la conception d’un système de détection utilisant deux réseaux de calorimètres cryogéniques capables d’atteindre des seuils de l’ordre de 10 eV, et entourés par un double système de blindages cryogéniques instrumentés. Cet ensemble de détecteurs cryogéniques sera lui-même protégé par un blindage radiologique externe et par un véto muon pour améliorer l’identification et la discrimination des bruits de fond typiquement présents sur un site expérimental en surface tel que celui identifié à Chooz. Avec ce système, NUCLEUS a pour objectif une mesure précise de la DCNN afin de pousser l’étude des propriétés fondamentales du neutrino ainsi que la recherche de nouvelle physique vers les basses énergies, domaine qui reste aujourd’hui largement inexploré. La DCNN se distingue d’autre part des canaux usuels de détection des neutrinos du MeV (désintégration beta inverse, diffusion neutrino-électron), par une section efficace 10 à 1000 fois supérieure, permettant d’entrevoir à terme une miniaturisation des détecteurs de neutrinos à longue portée. La première phase de l’expérience NUCLEUS déploiera ainsi réseau de calorimètres cryogéniques composé de cristaux de saphir (Al2O3) et de tungstate de calcium (CaWO4) totalisant 10 g de détecteur.



Outre la caractérisation et l’aménagement du site expérimental à Chooz, notre équipe à l’Irfu travaille au cœur des problématiques de bruit de fond à travers plusieurs développements instrumentaux. Le DPhP est notamment fortement impliqué dans la réalisation de l’un des blindages cryogéniques instrumentés de l’expérience, appelé ici véto cryogénique externe. Ce dernier consiste en un arrangement de cristaux de Germanium haute pureté, érigé hermétiquement tout autour des deux réseaux de calorimètres cryogéniques, et opérés en mode ionisation. Ce système de détection jouera un rôle central pour l’indentification et la discrimination des bruits de fond venants de l’extérieur, tels que la radioactivité ambiante ou les muons atmosphériques issus de l’interaction du rayonnement cosmique primaire dans l’atmosphère. L’exploitation des données délivrées par ce détecteur est une entrée naturelle dans l’effort d’analyse des premières données de l’expérience, qui arriveront en 2021/2022 lors de la phase d’assemblage à blanc dans les locaux de l’université technique de Munich, et lors du premier run de physique prévu en 2023 à Chooz.



Le travail proposé dans cette thèse s’articulera donc autour du véto cryogénique externe de l’expérience, avec l’objectif ultime de comprendre et de caractériser finement les bruits de fond dans la région d’intérêt du signal DCNN, entre 0.01 et 1 keV. La priorité en début de thèse sera mise sur la réalisation et la mise en service du véto cryogénique externe lors de la phase d’assemblage à blanc à Munich. Ce travail comprend l’assemblage des différents éléments du détecteur (cristaux, mécanique de support, électronique de lecture, etc.) dans le cryostat de l’expérience, et inclut l’ensemble des tests à mener pour valider le fonctionnement et qualifier les performances de ce détecteur.

Dans un second temps, l’étudiant(e) montera en puissance sur l’effort d’analyse des données de l’expérience en contribuant au développement d’outils d’analyse et de simulation pour exploiter les mesures de bruit de fond et les données d’étalonnage des détecteurs acquises lors de la phase d’assemblage à blanc et lors du premier run de physique. Il (elle) pourra se concentrer sur l’étude d’une source spécifique de bruit de fond externe, et quantifier son impact sur le potentiel de physique de l’expérience. Ce travail nécessitera non seulement une bonne compréhension des processus gouvernant les interactions rayonnement-matière, mais aussi une bonne maitrise de la physique du solide sous-jacente au fonctionnement des détecteurs cryogéniques (par exemple, propagation des phonons). Pour terminer, l’étudiant(e) utilisera les premières données issues du run de physique à Chooz pour mener une étude originale sur la recherche de nouvelle physique avec la DCNN (mesure de l’angle de Weinberg à basse énergie, recherche de nouveaux couplages des neutrinos à la matière, études des propriétés électromagnétiques du neutrino, etc.). Ce travail nécessitera de mettre en place des outils fins de traitement statistique des données, afin d’une part de comprendre l’impact des différentes sources d’incertitudes sur les contraintes obtenues, et d’autre part de garantir la fiabilité des résultats.

Découvrir la nature du couplage Higgs-top grâce à l’apprentissage profond dans l’expérience ATLAS au LHC

SL-DRF-21-0926

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Frédéric DELIOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Frédéric DELIOT
CEA - DRF/IRFU

0169086424

Directeur de thèse :

Frédéric DELIOT
CEA - DRF/IRFU

0169086424

Cette thèse propose de mettre en lumière la nature du couplage entre le boson de Higgs et le quark top grâce à des algorithmes d’intelligence artificielle en exploitant le grand lot de données collecté par l’expérience ATLAS au grand collisionneur de Hadrons (LHC). Le défi est d’extraire des processus à la fois rares et complexes de l’énorme quantité de données du LHC. Les deux processus rares étudiés seront la production du boson de Higgs avec une paire de quarks top et la production de quatre quarks top. Ces deux processus combinés peuvent permettre de déterminer la nature du couplage entre la pierre angulaire du modèle standard, le boson de Higgs, et la particule élémentaire la plus massive, le quark top, et de révéler de nouvelles sources d’asymétries entre matière et anti-matière. Découvrir de telles sources est une des questions essentielles de la physique actuelle afin d’expliquer le fait que notre univers n’est composé aujourd’hui que de matière. Les deux méthodes innovantes envisagées pour l’étude de ces processus sont basées sur l’utilisation de techniques d’apprentissage profond. D’abord l'apprentissage non supervisé (au sens statistique) sera testé pour la première fois pour reconstruire ces états finals complexes avec cinématiques sous contraintes due aux neutrinos manquants. Ensuite, des observables basées sur une reconstruction complète ou partielle des particules de l’état final permettront d’améliorer les performances de l’extraction de ces signaux rares et ainsi de mettre en place une mesure sensible pour la première fois à la nature du couplage Higgs-top. Explorer ces nouvelles stratégies de reconstruction et de classification apporteront également les bases pour comprendre comment exploiter au mieux l’immense quantité de données attendue dans les années ‘haute luminosité’ du LHC.
ETUDE DE LA DESINTEGRATION RARE DU BOSON DE HIGGS EN UNE PAIRE DE MUONS AVEC LE DETECTEUR ATLAS AU LHC

SL-DRF-21-0352

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

RODANTHI NIKOLAIDOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

RODANTHI NIKOLAIDOU
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169086157

Directeur de thèse :

RODANTHI NIKOLAIDOU
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169086157

En juillet 2012, les collaborations ATLAS et CMS ont annoncé la découverte d'une nouvelle particule d'une masse d'environ 125 GeV au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) au CERN. Depuis cette découverte, les deux collaborations étudient activement les propriétés de cette nouvelle particule, jusqu’à présent cohérentes avec celles du boson de Higgs du modèle standard.

Dans le modèle standard, le mécanisme de Brout-Englert-Higgs prédit que le boson de Higgs interagira avec les particules de matière (quarks et leptons, appelés fermions) avec une force proportionnelle à la masse de la particule. Il prédit également que le boson de Higgs interagira avec les particules vecteurs de force (bosons W et Z) avec une force proportionnelle au carré de la masse de la particule. Par conséquent, en mesurant les taux de désintégration et de production du boson de Higgs, qui dépendent de la force d'interaction avec ces autres particules, on peut effectuer un test fondamental du modèle standard.

Les collaborations ATLAS et CMS ont déjà observé la désintégration du boson de Higgs en lepton tau, appartenant à la troisième « génération » de fermions. Étant donné que les muons sont beaucoup plus légers que les leptons tau, la désintégration du boson de Higgs en une paire de muons devrait se produire environ 300 fois moins souvent que celle d'une paire de leptons-tau. Malgré cette rareté, la désintégration H ’ µµ offre la meilleure occasion de mesurer l'interaction du boson de Higgs avec les fermions de deuxième génération au LHC, fournissant de nouvelles informations sur l'origine de la masse pour différentes générations de fermions. Les collaborations ATLAS et CMS ont récemment présenté des résultats sur cette désintégration en utilisant l'ensemble de données pendant la 2eme phase du LHC (Run-2 de 2015 à 2018). L’étude de ce processus constitue un des principaux objectifs de la troisième phase du LHC (Run-3).

Le but de cette thèse est la recherche de boson de Higgs se désintégrant en deux muons par l’analyse de l’ensemble des données du Run-3 et en les combinant avec les données précédentes de la deuxième phase (Run-2) afin d’établir la découverte de la désintégration du boson de Higgs en deux muons et contraindre les théories de physique possibles au-delà du modèle standard qui affecterait ce mode de désintégration du boson de Higgs. La thèse comprendra également des travaux sur l’évaluation des performances du spectromètre à muons d’ATLAS. Un intérêt particulier sera porté à la compréhension, l’analyse et l'exploitation des détecteurs gazeux de type MicroMegas. La phase-I de l’upgrade du détecteur ATLAS a pour but de se préparer aux hautes luminosités qui fournira le LHC. Dans ce cadre, les 2 grands plans de détection appelés NSW (New Small Wheel) seront équipés de nouveaux détecteurs de type MicroMegas et vont remplacer une partie du spectromètre à muons d'ATLAS, et être opérationnels pour le redémarrage du LHC en 2022.

Imagerie 3D par tomographie muonique d’un réacteur en phase de démantèlement

SL-DRF-21-0372

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Santé et Energie (GSE)

Saclay

Contact :

Hector GOMEZ

Sébastien Procureur

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Hector GOMEZ
CEA - DRF/IRFU/Dedip


Directeur de thèse :

Sébastien Procureur
CEA - DRF/IRFU/DPhP

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

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=4827

Voir aussi : "Muon imaging: Principles, technologies and applications", S. Procureur, Nucl. Instr. & Meth. A878 (2018), 169

L'objectif final de cette thèse est la réalisation de la toute première image 3D d'un réacteur nucléaire par une méthode non-invasive, en l’occurrence la muographie. Cette technique d’imagerie pénétrante a bénéficié d’améliorations technologiques majeures ces dernières années, notamment grâce aux innovations issues du CEA. Les télescopes à muons ont ainsi révélé des images 2D inédites de très grandes structures comme la pyramide de Kheops ou un réacteur nucléaire. Récemment un algorithme combinant ces images 2D en une tomographie 3D a été mis au point et testé avec succès, malgré le faible nombre de projections et l’immense taille du système matriciel associé. Le travail de cette thèse consistera à appliquer cet algorithme à des mesures en cours auprès d’un réacteur en démantèlement. L’étudiant(e) participera activement aux prises de données, à leur analyse et aux simulations associées. Il/Elle testera d’abord cet algorithme sur des objets plus petits, notamment des fûts de déchets dans des environnements divers, dans le but de comprendre et d’optimiser le fonctionnement de l’algorithme. Ces étapes intermédiaires, au-delà de leur intérêt propre, permettront de mieux déterminer les différents paramètres de l’algorithme mais aussi des futures prises de vue auprès du réacteur (positions, orientations, temps de pause respectifs, etc.). A travers l’ensemble de ces travaux, l’objectif est ainsi de développer un outil d’imagerie 3D générique totalement novateur dans le secteur de l’assainissement et du démantèlement, mais qui trouvera naturellement de nombreuses autres applications sociétales et académiques.
Intelligence artificielle avec apprentissage profond pour la découverte de signaux complexes rares dans l’expérience ATLAS au LHC

SL-DRF-21-0755

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Frédéric DELIOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Frédéric DELIOT
CEA - DRF/IRFU

0169086424

Directeur de thèse :

Frédéric DELIOT
CEA - DRF/IRFU

0169086424

Cette thèse propose de tester l’application d’algorithmes d’intelligence artificielle dans le domaine des données massives de deux manières innovantes en exploitant le grand lot de données collecté par l’expérience ATLAS au grand collisionneur de Hadrons (LHC). Le défi est d’extraire des processus à la fois rares et complexes de l’énorme quantité de données du LHC. Des techniques d’apprentissage profond de pointe seront explorées d’abord pour reconstruire des états finaux complexes avec cinématiques sous contraintes. Ceci devrait permettre de reconstruire les énergies et impulsions des particules produites dans une réaction au LHC tout en respectant un certain nombre de lois de conservation. Ensuite des algorithmes d’apprentissage profond seront mis en place pour extraire des signaux rares. Ces nouveaux développements en physique des hautes énergies seront appliqués à deux processus rares et complexes (ttH et 4-top). Ces deux processus combinés peuvent permettre de tester la vraie nature du couplage entre la pierre angulaire du modèle standard, le boson de Higgs, et la particule élémentaire la plus massive, le quark top, et de révéler de nouvelles sources d’asymétries entre matière et anti-matière. D'abord, l'apprentissage non supervisé (au sens statistique) sera testé pour la première fois pour reconstruire un état final. Ensuite des observables basées sur une reconstruction complète ou partielle des particules de l’état final permettront d’améliorer la possibilité d’extraire les signaux rares en utilisant par exemple des Graph Neural Networks (GNN).

Explorer ces nouvelles stratégies de reconstruction et de classification donneront les bases pour comprendre comment exploiter au mieux l’immense quantité de données attendue dans les années avenir au LHC.

Mesure de la diffusion de bosons de jauge a haute energie, avec le detecteur ATLAS au LHC

SL-DRF-21-0369

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Maarten Boonekamp

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Maarten Boonekamp
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas


Directeur de thèse :

Maarten Boonekamp
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas


Le processus de diffusion de bosons vecteurs, pp’VV+jj+X, ou V=W,Z, est caracterise par la presence dans l'etat final de leptons provenant de la desintegration du W ou du Z, et de jets de haute energie a l'avant du detecteur. Les processus de diffusion de WW, WZ and ZZ ont tous ete observes au Run2, avec des echantillons partiels. La prochaine etape pour la communaute, dans ce domaine, est d'affiner la visibilite du signal grace a des selections d'evenement amelioree, une meilleure rejection du bruit de fond, et des echantillons plus importants.

On pourra alors confronter les predictions du Modele Standard avec le resultat de l'analyse des donnees.

Cette mesure constitue un test essentiel du couplage entre le boson de Higgs et les bosons vecteurs, et du Modele Standard dans son ensemble.

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

SL-DRF-21-0321

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Philippe Schwemling

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Philippe Schwemling
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Atlas

33 1 69 08 85 85

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Atlas

33 1 69 08 85 85

Depuis la découverte du boson de Higgs en 2012, les efforts des expériences LHC sont focalisés sur la recherche de

phénomènes nouveaux, au-delà du Modèle Standard. Un des aspects importants dans la comparaison entre les observations

et la théorie est d’être capable de normaliser aussi précisément que possible les observations par rapport à la théorie,

donc de mesurer aussi précisément que possible la luminosité de l’accélérateur. L’objectif est d’atteindre une précision

meilleure que 1% au cours des prochaines années, ce qui est un facteur deux à trois meilleur que la précision atteinte

actuellement.



Lors du redémarrage du LHC début 2022, il est prévu d’accroître la luminosité de la machine d’un facteur deux environ.

Pour exploiter au mieux cette augmentation de luminosité, le système de déclenchement du calorimètre a été largement revu. Il sera basé sur l’analyse en temps réel des signaux numérisés à la volée, par des batteries de composants programmables.

Une caractéristique importante de ce nouveau système de déclenchement est sa capacité à mesurer pour chaque collision

entre deux paquets de protons l’énergie totale déposée dans le calorimètre. Combiné à la stabilité, l’excellente

linéarité et à l’uniformité de réponse du calorimètre à argon liquide d’ATLAS, le nouveau système de déclenchement offre

le potentiel d’une mesure de la luminosité avec d’excellentes caractéristiques en termes de linéarité et de stabilité.

Une voie très prometteuse est l’utilisation de réseaux de neurones, qui peuvent avoir vocation à être implémentés

directement dans le FPGA assurant le traitement des données numérisées.



Une autre caractéristique du système de déclenchement est sa capacité unique à garder trace de l’historique des

interactions dans le détecteur sur un temps nettement plus long que ce que peut faire le système de lecture central.

Ceci permettra à terme, pour les prises de données prévues au-delà de 2025 de compenser en temps réel l’effet de la

charge d’espace générée sur la mesure d’énergie du détecteur. Surtout, cette caractéristique ouvre la possibilité de

détecter des particules dont la désintégration survient longtemps (plusieurs dizaines ou centaines de ns, à comparer

aux 25 ns entre deux croisements consécutifs) après leur création, donc lentes et très massives, presque jusqu’à la

limite cinématique de 7 TeV, bien au-dessus de la limite atteignable par des techniques de recherche plus classiques. De

telles particules apparaissent dans de nombreuses classes de modèles supersymétriques.
Mesure de la masse du boson W avec le détecteur ATLAS au LHC

SL-DRF-21-0367

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Maarten Boonekamp

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Maarten Boonekamp
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas


Directeur de thèse :

Maarten Boonekamp
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas


L'objectif de la thèse est une mesure précise d’un paramètre fondamental du Modèle Standard de la physique des particules, la masse du boson W, en étudiant ses désintégrations leptoniques, avec le détecteur ATLAS au LHC. L'analyse sera basée sur un lot de données à bas taux d'empilement, collecté spécialement pour cette mesure. Ces données ont une luminosité limitée, mais une résolution optimale pour la reconstruction de l'énergie transverse manquante, ce qui est une condition nécessaire pour l'analyse d'états finals avec des neutrinos.



Le candidat s'impliquera dans l'installation et la mise en route de la "New Small Wheel", nouveau détecteur à muons équipant la partie avant d'ATLAS. L'IRFU a joué un rôle prépondérant dans sa construction et s'impliquera fortement dans son exploitation scientifique. Il s'agira de plus de calibrer l'instrument avec une précision suffisante pour la mesure. La deuxième phase du projet consiste à améliorer la modélisation du processus de production et de désintégration des bosons W et d'optimiser l'analyse en tant que telle afin de minimiser l'incertitude finale de la mesure. Le résultat de la mesure sera interprété en termes de compatibilité avec la prédiction du Modèle Standard ou comme indication de la présence de nouvelle physique.

Physique de précision du boson Z avec le détecteur Atlas au LHC

SL-DRF-21-0105

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Fabrice Balli

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Fabrice Balli
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Atlas

+33169081715

Directeur de thèse :

Fabrice Balli
CEA - DRF/IRFU/DPHP/Atlas

+33169081715

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

La the`se de´butera a` l'automne 2021. ATLAS, l'une des expe´riences majeures du LHC au CERN, se pre´pare a` l'augmentation de luminosite´ attendue au Run3 et au HL-LHC. La premie`re partie de la the`se est consacre´e a` une ta^che de qualification qui pourrait consister soit a` participer a` la mise en service des nouveaux de´tecteurs de muons de l'expe´rience, soit a` participer a` l'effort d'e´talonnage des impulsions des muons en vue du Run3, qui de´butera en 2022. Les deux options sont e´troitement lie´es au sujet principal de la the`se. La the`se sera suivie par une mesure de physique de pre´cision dans le domaine du boson Z avec les donne´es d'ATLAS.

Le sujet se concentre sur la physique de pre´cision e´lectrofaible dans ATLAS. Le but est de mesurer avec la meilleure pre´cision possible l'angle de me´lange e´lectrofaible, ainsi que la masse du boson Z, en utilisant les donne´es Run2 et Run3. Le canal explore´ est celui du boson Z se de´sinte´grant en une paire muon-antimuon. L'e´tudiant travaillera sur l'e´talonnage de l'impulsion des muons en utilisant la re´sonance J/Psi comme chandelle standard, et re´duira e´galement, gra^ce a` des me´thodes d'ajustement avance´es, les incertitudes lie´es aux fonctions de distribution des partons (PDF). Ces mesures devraient conduire a` une forte ame´lioration de l'ajustement e´lectrofaible et ainsi contraindre conside´rablement le Mode`le Standard, ainsi que la physique au-dela` du Mode`le Standard.



Le groupe ATLAS au CEA Paris-Saclay participe à plusieurs améliorations du détecteur à moyen et long terme: le remplacement d’une partie des chambres à muons du spectromètre à muons (New Small Wheel), l’amélioration du système de déclenchement du calorimètre électromagnétique, ainsi que le remplacement du système interne de détection des traces chargées (ITK). Il a une expertise mondialement reconnue en physique de précision électrofaible, à savoir avec les mesures de sections efficaces des bosons Z, W et de Higgs ainsi qu’à travers la mesure de masse du boson W, réalisée pour la première fois au LHC. Cette expertise repose sur de solides compétences dans la reconstruction des muons et l’alignement du spectromètre à muons, ainsi que dans l’identification des électrons et des photons.

Première recherche d'une résonance se désintégrant en deux photons avec une masse inférieure à 70 GeV dans l'expérience CMS au LHC

SL-DRF-21-0842

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Julie Malcles

Fabrice COUDERC

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Julie Malcles
CEA - DRF/IRFU/DPHP/CMS

+33 1 69 08 86 83

Directeur de thèse :

Fabrice COUDERC
CEA - DRF/IRFU/DPHP/CMS

01 69 08 86 83

Le Modèle Standard (MS) de la physique des particules a été testé intensivement au cours des décennies passées et accommode très bien les mesures expérimentales. Son dernier succès est la découverte du boson de Higgs au LHC en 2012. Pourtant, le MS a de nombreuses zones d'ombre. De nombreuses propriétés des interactions et particules n'y trouvent pas d'explication, comme le nombre des familles de particules ainsi que leurs différences de masse. De plus, le MS a de nombreux paramètres libres à déterminer expérimentalement, ce qui suggère que ce n'est qu'une théorie effective à basse énergie. De manière plus importante, il n'explique pas l'origine de la matière noire ou de l'énergie noire observées expérimentalement. Alors que les physiciens théoriciens cherchent à résoudre ces problèmes en élaborant de nouveaux modèles, les expérimentateurs essaient de mettre en évidence de la physique au delà du MS, ou 'nouvelle physique', soit via des mesures de précision qui pourraient, ensemble, mettre en défaut le MS, soit via des recherches directes de nouvelles particules. L'objet de cette thèse est de mener une telle recherche directe au LHC dans le canal en deux photons et dans une gamme de masse encore inexplorée.



En 2012, les collaborations ATLAS et CMS au LHC ont découvert conjointement un nouveau boson compatible avec le boson de Higgs, à une masse de 125 GeV. L'analyse des données dans le canal en deux photons, un des plus sensibles, avaient alors couvert une gamme de masse entre 110 et 150 GeV. Cependant, dans de nombreux modèles au delà du MS, la possibilité d'une résonance à plus basse masse qui existerait conjointement à la particule découverte à 125 GeV existe (modèles à deux doublets de Higgs par exemple). Il est donc de première importance de rechercher des particules nouvelles au LHC dans la région de masse 'basse'. Le canal en deux photons permet, grâce à la mesure de précision de l'énergie des photons dans le calorimètre électromagnétique de CMS, de mesurer la masse d'une potentielle nouvelle résonance avec une grande précision et est donc bien adapté à ce type de recherche. Les recherches publiées au LHC couvrent une gamme de masse descendant jusqu'à 65 GeV. Cependant des mesures intéressantes sont possibles en principe jusqu'à une dizaine de GeV, comme cela est discuté dans les deux références jointes. Étendre au maximum la gamme de masse vers le bas est ce que propose ce sujet de thèse.

Le moment est parfaitement choisi pour mener à bien ce sujet. Le run 3 du LHC devrait commencer dans la première moitié de 2022 et permettre d'acquérir environ 130 fb-1 de nouvelles données. Cette recherche à très basse masse n'a jamais été faite dans CMS. Les triggers du run 2 n'étaient pas optimisés pour une telle recherche, leur coupure en impulsion transverse étant trop haute pour avoir une bonne efficacité. Au run 3, la possibilité d'adapter le trigger reste ouverte. De plus, les données du run 2 peuvent tout de même être utilisées pour mettre une limite dans cette région complètement vierge, grâce aux événements boostés. Cette recherche ambitieuse est d'ailleurs en cours dans ATLAS, bien que pas encore publique.

Recherche d'axion solaires avec l'International Axion Observatory avec des détecteurs Micromegas

SL-DRF-21-0302

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169083852

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

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

Voir aussi : https://iaxo.web.cern.ch/content/home-international-axion-observatory

Axions were introduced as the most promising solution in explaining the absence of Charge-Parity symmetry violation in the strong interaction. These neutral, very light particles, interact so weakly with ordinary matter that they could contribute to the Dark Matter. Axion search techniques rely on their interaction with photons. Helioscopes search for axions produced in the solar core by the conversion of plasma photons into axions giving rise to a solar axion flux at the Earth surface, with energy spectrum at the region 1-10 keV.

The International Axion Observatory (IAXO) will achieve a signal-to-background ratio of about 4-5 orders of magnitude better than most sensitive experiments today. BabyIAXO, an intermediate experimental stage of IAXO, will be hosted at DESY (Germany). BabyIAXO is conceived to test all IAXO subsystems (magnet, optics and detectors) at a relevant scale for the final system and thus serve as prototype for IAXO, but at the same time as a fully-fledged helioscope with relevant physics reach in itself, and with potential for discovery. IAXO and BabyIAXO will be equipped with X-ray optics coupled to low background X-ray detectors. The required levels of background are extremely challenging, a factor 10 better than current levels.

The PhD will work on the X-ray detector development in particular of the new generation of Micromegas detectors. The development will be focused on the optimization of the background level by a multi-approach strategy coming from ground measurements, screening campaigns of components of the detector, underground measurements, background models, in-situ background measurements as well as refinement of rejection algorithms. Physics analysis of BabyIAXO data is expected in the last year of the PhD.

Recherche de la production de quatre et trois quarks top dans le canal multilepton au sein de l’expérience ATLAS

SL-DRF-21-0366

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Frédéric DELIOT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Frédéric DELIOT
CEA - DRF/IRFU

0169086424

Directeur de thèse :

Frédéric DELIOT
CEA - DRF/IRFU

0169086424

Le sujet de thèse proposé a pour but d’observer pour la première fois la production de quatre quarks top (tttt) en utilisant une signature multilepton dans les données collectées avec l’expérience ATLAS. La production de quatre quarks top est un des états finaux les plus spectaculaires accessibles au LHC. Étant attendue comme petite dans le modèle standard, la section efficace tttt peut être beaucoup plus grande dans des scenarii de nouvelle physique. Le processus tttt est aussi sensible aux propriétés fines du couplage de Yukawa entre le quark top et le boson de Higgs. Étudier cette classe d'événements sera crucial dans les années à venir pour comprendre la vraie nature de l’interaction Higgs-top et potentiellement révéler de subtiles déviations par rapport au modèle standard.

Plusieurs innovations seront explorées pour parvenir à observer le processus tttt. D’abord une meilleure séparation entre le signal et les différents bruits de fond sera étudiée en utilisant des méthodes d’intelligence artificielle et par une meilleure compréhension du bruit de fond ttW. Un autre axe de développement sera mis en œuvre basé sur la possibilité de reconstruire les différents quarks top de l’état final, ce qui est particulièrement ambitieux dans ce canal.

Atteindre une mesure du processus tttt permettra d’étudier une propriété clé de l’interaction entre le quark top et le boson de Higgs: le nature CP du couplage Higgs-top. Enfin le processus tttt devra être séparé de la production de trois quarks top, production qui est totalement inexplorée expérimentalement à l’heure actuelle.

Reconstruction des trajectoires des particules chargées dans des collisions d'ions lourds avec LHCb et analyse des données cible-fixe au LHC

SL-DRF-21-0500

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

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Michael Winn

Alberto Baldisseri

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Michael Winn
CEA - DRF/IRFU/DPhN/ALICE

+33 1 69 08 55 86

Directeur de thèse :

Alberto Baldisseri
CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169089333

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

Créé dans les collisions d'ions lourds au LHC (CERN), le plasma de quarks et de gluons (QGP) est un état extrême de la matière dans lequel les constituants des nucléons se trouvent déconfinés durant un temps suffisamment long pour être étudiés.

Parmi les collaborations du CERN, LHCb étudie le QGP à la fois dans les collisions faisceau-faisceau, mais aussi grâce à un programme de cible fixe unique au LHC. Les performances actuelles du détecteur de trajectographie dans les collisions les plus violentes sont limitées, mais plusieurs upgrades sont prévus pour l'horizon 2030.

Le premier objectif de cette thèse est le développement de la trajectographie pour s'assurer des performances optimales lors des prises de données ions-lourds futures. Ces études permettront notamment de définir les paramètres de performance nécessaires pour les sous-détecteurs. De plus, la recherche d'algorithmes alternatifs, basés sur l'intelligence artificielle, sera exploré afin d'optimiser au maximum les performances du détecteur. En parallèle, une composante d'analyse de données est proposée portant sur des données cible fixe.

En particulier, nous proposons de mesurer la production de particules charmées. Unique en terme de cinématique et de gamme d'énergie, ces études des collisions cible fixe avec le détecteur LHCb au LHC permettront de mieux établir les quarks charmés en tant qu'observable sensible au déconfinement.
Tomographie des gluons avec la production exclusive de mésons vecteurs

SL-DRF-21-0568

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

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire structure du nucléon (LSN) (LSN)

Saclay

Contact :

Francesco BOSSU

Franck SABATIE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Francesco BOSSU
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LSN


Directeur de thèse :

Franck SABATIE
CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 32 06

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=7

Thèse : Tomographie des gluons avec la production exclusive de mésons vecteurs

La compréhension de l'origine de la masse, du spin et de la structure des nucléons (c'est-à-dire des protons et des neutrons) à partir de leurs constituants élémentaires (quarks et gluons, collectivement appelés partons) fait partie des questions sans réponse de la physique des particules. Le cadre théorique des distributions généralisées de partons (GPD) code la structure tridimensionnelle d'un nucléon et son étude fournira des indications sur l'origine des propriétés fondamentales des protons et des neutrons.

Expérimentalement, la méthode la plus propre pour étudier la structure interne des nucléons est de les collisioner avec des électrons à haute énergie. Des chercheurs du CEA/Irfu sont porte-paroles des expériences en cours au Jefferson Lab (JLab) aux États-Unis, où un faisceau d'électrons à courant élevé d'une énergie allant jusqu'à 11 GeV entre en collision avec des cibles fixes de plusieurs types; Ils sont aussi porte-parole des futures expériences au Collisionneur d'électrons et d'ions (EIC), l'énergie dans le centre de masse du système électron-proton atteindra 140 GeV. Les luminosités élevées disponibles au JLab et au futur EIC permettent d'étudier les propriétés des nucléons avec une grande précision statistique, notamment par le biais de processus rares.

Contrairement aux attentes naïves, il a été démontré que ce ne sont pas les quarks, mais plutôt les gluons qui contribuent le plus à la masse et au spin des nucléons. Il est donc crucial de caractériser précisément la distribution des gluons afin de comprendre pleinement les propriétés des nucléons. En particulier, les connaissances actuelles sur les GPD des gluons sont plutôt limitées. Les GPD sont accessibles par l'étude de processus exclusifs où toutes les particules de l'état final sont détectées, et plus spécifiquement, la production exclusive de mésons vecteurs tels que les mésons rho, phi et omega est particulièrement sensible aux GPDs de gluons.

Le but de cette thèse sera d'analyser les données prises avec l'expérience CLAS12 au JLab en se concentrant sur les mesures de la production de mésons exclusifs. Étant donné la taille importante des ensembles de données, l'étudiant aura l'occasion de développer et d'appliquer des algorithmes d'intelligence artificielle pour améliorer la reconstruction et la sélection des événements. Des études approfondies sur des données simulées seront nécessaires pour comprendre pleinement les données, pour implémenter et optimiser les algorithmes de sélection des évènements et pour maîtriser les éventuelles incertitudes systématiques. A partir de l'expérience acquise par l'analyse des données CLAS12, le candidat participera également aux études de simulation pour la faisabilité et l'optimisation des futurs détecteurs de l'EIC pour l'électro-production exclusive de mésons vecteurs à hautes énergies.

La thèse sera réalisée au sein du Laboratoire de Structure des Nucléons du Département de Physique Nucléaire du CEA/Irfu. Le laboratoire est composé à la fois d'expérimentateurs et de théoriciens : les interactions fréquentes rendent l'environnement de travail très enrichissant.

Des connaissances en physique des particules et en informatique permettraient au candidat de participer rapidement et activement à l'effort d'analyse des données. Des connaissances de base sur les détecteurs de particules seraient également un avantage pour comprendre efficacement le dispositif expérimental utilisé pour la collecte des données.

L'étudiant aura également l'occasion de collaborer avec plusieurs chercheurs tant au niveau local (comme l'IJCLab à Orsay et le CPHT à l'École Polytechnique) qu'international. L'étudiant fera partie de la collaboration CLAS et rejoindra également le groupe d'utilisateurs de l'EIC, nécessitant des voyages fréquents aux USA pour la prise de données et des conférences. L'étudiant aura l'opportunité de présenter le résultat de ses recherches lors de conférences inter nationales.
Vers un detecteur pixel à haute resolution spatiale pour l’identification de particules: contribution de nouveaux détecteurs à la physique

SL-DRF-21-0714

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Nicolas FOURCHES
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169086164

Directeur de thèse :

Nicolas FOURCHES
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169086164

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

Les expériences de physique des particules sur les futurs collisionneurs linéaires à e-e+ nécessitent des progrès dans la résolution spatiale des détecteurs de vertex (jusqu’au micron), ceci afin de déterminer précisément les vertex primaires et secondaires pour des particules de grande impulsion transverse. Ce type de détecteur est placé près du point d’interaction. Ceci permettra de faire des mesures de précision en particulier pour des particules chargées de faible durée de vie. Nous devons par conséquent développer des matrices comprenant des pixels de dimension inférieure au micron-carré. Les technologies adéquates (DOTPIX, Pixel à Puit/Point quantique) devraient permettre une avance significative en reconstruction de trace et de vertex. Bien que le principe de ces nouveaux dispositifs ait été étudié à l’IRFU (voir référence), ce travail de doctorat devrait se focaliser sur l’étude de dispositifs réels qui devraient alors être fabriqués garce aux nanotechnologies en collaboration avec d’autres Instituts. Cela requiert l’utilisation de codes de simulation et la fabrication de structures de test. Les applications en dehors de la physique se trouvent pour l’essentiel dans l’imagerie X et les cameras holographiques dans le visible.
Étude de méthode d’intelligence artificielle pour la simulation et l’extraction de la production du boson de Higgs se désintégrant en deux muons dans l’expérience ATLAS au LHC

SL-DRF-21-0478

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

RODANTHI NIKOLAIDOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

RODANTHI NIKOLAIDOU
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169086157

Directeur de thèse :

RODANTHI NIKOLAIDOU
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169086157

Les nouvelles techniques d’intelligence artificielle suscitent un intérêt croissant pour gérer le volume massif de données collectées par les expériences de physique des particules en particulier au collisionneur LHC. Cette thèse propose d’étudier ces nouvelles techniques pour la simulation du bruit de fond d’événements rares provenant de la désintégration en deux muons du boson de Higgs ainsi que de mettre en place de nouvelle méthode d’intelligence artificielle pour extraire ces événements rares du gigantesque bruit de fond dimuon.

En 2012, le boson de Higgs, élément fondamental du modèle standard de la physique des particules a été découvert au LHC. La mise en évidence de sa désintégration en dimuon est maintenant au cœur du programme du LHC afin de mesurer le couplage du boson de Higgs aux particules de 2ème génération.

Simuler le bruit de fond dimuon avec suffisamment de statistique est la première challenge de cette analyse. La thèse se propose de tester, pour la première fois, l’utilisation de modèles d’intelligence artificielle très prometteurs comme méthode de simulation en utilisant des « Generative Adversarial Networks (GANs) ” avec une architecture à deux réseaux en concurrence. De plus, la thèse prévoit également un re-design complet de l’analyse afin de mettre en place de nouvelles méthodes de traitement de données (Deep Neural Networks) pour optimiser l’extraction du faible signal.

Approches continues de QCD et structure 3D du nucleon

SL-DRF-21-0297

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire structure du nucléon (LSN) (LSN)

Saclay

Contact :

Cédric Mezrag

Hervé Moutarde

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Cédric Mezrag
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LSN


Directeur de thèse :

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

33 1 69 08 73 88

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

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

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

Le but de cette thèse est de développer et d’utiliser un formalisme non-perturbatif en partant des équations de Dyson-Schwinger et de Bethe-Salpeter pour déterminer la structure 3D des hadrons, en particulier du nucléon. On utilisera différentes hypothèses dynamiques, afin d’obtenir une cartographie 3D de la charge, de la masse et des effets de moment angulaire orbital. Pour ce faire, une partie significative de la thèses sera consacrée à du développement et de l’analyse

numérique, notamment autour de la résolution de problèmes inverses. Une confrontation des résultats obtenus avec les données expérimentales sera menée de concert avec les autres membres de LSN.
Corrélations de courte portée dans les noyaux exotiques

SL-DRF-21-0876

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Aldric REVEL

Anna CORSI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Aldric REVEL
CEA - DRF/IRFU


Directeur de thèse :

Anna CORSI
CEA - DRF/IRFU

01 69 08 7554

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

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

SL-DRF-21-0221

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Santé et Energie (GSE)

Saclay

Contact :

Dominique YVON

Viatcheslav SHARYY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Dominique YVON
CEA - DRF/IRFU/DPHP

01 6908 3625

Directeur de thèse :

Viatcheslav SHARYY
CEA - DRF/IRFU/DPHP

0169086129

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

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

DESCRIPTION

La tomographie par émission de positrons (TEP) est une technique d’imagerie nucléaire largement utilisée en oncologie et en recherche neurobiologique. La désintégration du traceur radioactif émet des positrons, qui s’annihilent dans les tissus voisins. Deux photons de 511 keV sont produits par annihilation du positron et permettent de reconstruire le point d’annihilation et la distribution de l’activité du traceur dans le corps du patient.

La détermination précise de la position d’annihilation du positron est importante pour une reconstruction précise d’une image de bon contraste. C’est notamment utile pour les études de neuroimagerie du cerveau et pour les études précliniques avec des modèles animaux (rongeurs), mais aussi l’imagerie TEP, basse dose, corps entier. Dans cette thèse, nous proposons de contribuer à un détecteur ambitieux basé sur des cristaux Cherenkov/Scintillant. Nous avons sélectionné des technologies particulièrement efficaces pour l’imagerie TEP. Les principes du détecteur sont brevetés. Ils permettront de produire des imageurs TEP de performances très améliorées. L’appareil utilise des technologies avancées de détection de particules : un cristal scintillateur dense, des photomultiplicateurs à galette microcanaux, des amplificateurs gigahertz et des modules d’acquisition rapide (WaveCatcher, SAMPIC). Le traitement des données comprendra des simulations de la Monté-Carlo et des analyses basées sur les bibliothèques logicielles GATE/Geant4 et Root C++.



SUPERVISION

Le candidat retenu travaillera au sein du Département de physique des particules de l’IRFU en étroite collaboration avec le Département des détecteurs, d’électroniques et d’informatique pour la physique. Le groupe CaLIPSO comprend deux physiciens et deux étudiants et bientôt deux post-docs. Nous collaborons étroitement avec le CNRS-IJC-labs sur l’électronique de lecture rapide, avec le CPPM de Marseille et le CEA-SHFJ, sur les dispositifs d’imagerie médicale, le CEA-DES sur les algorithmes de reconstruction d’images, et avec l’Université de Munster (Allemagne).

LE TRAVAIL PROPOSE

Vous étalonnerez et optimiserez les prototypes de détecteurs et analyserez les données mesurées, dans le but d’optimiser la résolution temporelle et spatiale du détecteur. Cela impliquera de nombreuses compétences en instrumentation: photo-détection, électronique rapide (analogique et numérique) à une précision de quelques picosecondes, simulations de détecteurs au moyen des logiciels GEANT4 et GATE.



EXIGENCES

Des connaissances en physique générale, physique de l’interaction particules-matière, de la radioactivité et des principes des détecteurs de particules, ainsi que une vocation pour le travail instrumental, et pour l’analyse de données sont obligatoires. Etre à l’aise en programmation, avoir une formation en simulation Gate/Geant4 et en C++ seront un atout.



COMPETENCES ACQUISES

Vous acquerrez des compétences en instrumentation de détecteurs de particules, en simulation de détecteurs de rayonnements, en photo-détection, sur la mise en œuvre, et l’exploitation d’électronique de numérisation rapide et en analyse de données.



Dosimétrie 3D par SCIntillation pour le COntrôle des petits champs d’irradiation en PROtonthérapie

SL-DRF-21-0288

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Département Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Saclay

Contact :

Anne-Marie FRELIN-LABALME

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Anne-Marie FRELIN-LABALME
CEA - DRF/IRFU//GANIL

02 31 45 45 30

Directeur de thèse :

Anne-Marie FRELIN-LABALME
CEA - DRF/IRFU//GANIL

02 31 45 45 30

Page perso : https://www.ganil-spiral2.eu/wp-content/uploads/2020/09/SCICOPRO-thesis2021.pdf

Labo : https://www.ganil-spiral2.eu/fr/

La protonthérapie est permet un contraste de dose élevé entre la tumeur et les tissus sains. Pourtant, les incertitudes sur les doses planifiées et mesurées pour les champs de moins de 3 × 3 cm² ne permettent pas un traitement optimal des petites tumeurs. Pour lever cette limitation, un système de contrôle dosimétrique à 3 dimensions a été développé. L’objectif de cette thèse sera d’accroitre les performances de ce système grâce à une nouvelle méthode de reconstruction des cartes de dose
Est ce qu’il existe une décroissance des neutrons du noyau à halo 6He en particule sombre ’

SL-DRF-21-0287

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Département Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Saclay

Contact :

Hervé SAVAJOLS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Hervé SAVAJOLS
CNRS - GANIL, UPR 3266

02 31 45 4699

Directeur de thèse :

Hervé SAVAJOLS
CNRS - GANIL, UPR 3266

02 31 45 4699

Page perso : https://www.ganil-spiral2.eu/wp-content/uploads/2020/09/NDD-thesis2021.pdf

L'anomalie de la durée de vie du neutron mesurée par deux types d'expériences différentes pourrait provenir de la désintégration de celui-ci en autre chose qu'un proton, un électron et un antineutrino : une particule indétectable qui formerait la très recherchée matière noire. Une telle décroissance pourrait expliquer l'écart existant de 4’ entre deux méthodes différentes de mesure de la durée de vie des neutrons. Si une telle désintégration est possible, elle pourrait également se produire dans des noyaux avec une énergie de liaison suffisamment faible, une désintégration d’un neutron quasi-libre. Dans cette thèse, nous proposons l’étude de la décroissance du noyau à halo 6He qui a une énergie de séparation de deux neutrons très faibles. L'observation d'un neutron libre à partir de la désintégration 6He serait, bien que difficile à faire, une signature unique pour la désintégration des neutrons en une particule qui pourrait former la matière noire.



Etude des phénomènes physiques apparaissant à la limite de liaison nucléaire

SL-DRF-21-0286

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Département Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Saclay

Contact :

Olivier SORLIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Olivier SORLIN
CNRS - GANIL/Grand Accélérateur National d’Ions Lourds

02 31 45 4525

Directeur de thèse :

Olivier SORLIN
CNRS - GANIL/Grand Accélérateur National d’Ions Lourds

02 31 45 4525

Page perso : https://www.ganil-spiral2.eu/wp-content/uploads/2020/09/SHARP-thesis2021.pdf

Labo : https://www.ganil-spiral2.eu/fr/

La physique nucléaire à la limite de stabilité offre depuis quelques années de nombreuses découvertes comme l’évolution des nombres magiques, l’apparition d’agrégats ou de structure moléculaires au sein du noyau, l’existence de noyaux à halo ayant une surface bien plus diffuse que les noyaux normaux, ou encore un changement possible de régime de superfluidité nucléaire. La présente étude expérimentale de ces phénomènes est prévue auprès de la ligne R3B de l’installation GSI/FAIR en 2022.



Etude du processus de fission en cinématique inverse avec le spectromètre VAMOS

SL-DRF-21-0511

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Département Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Saclay

Contact :

J.D. FRANKLAND

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

J.D. FRANKLAND
CNRS - GANIL/Grand Accélérateur National d’Ions Lourds

0231454628

Directeur de thèse :

J.D. FRANKLAND
CNRS - GANIL/Grand Accélérateur National d’Ions Lourds

0231454628

Page perso : https://www.ganil-spiral2.eu/wp-content/uploads/2020/09/GSM21-thesis2021.pdf

La fission nucléaire est un phénomène complexe au cours duquel un noyau lourd se déforme jusqu'à ce qu'il se scinde en deux noyaux plus légers. Au GANIL, la combinaison unique du spectromètre VAMOS, du nouveau multi détecteur PISTA, permet une mesure directe et complète des rendements de fragments de fission. Ces mesures mettent en évidence les mécanismes qui régissent la fission et fournissent des données pertinentes pour les réacteurs nucléaires de nouvelle génération. Ce sujet de thèse consiste en l’étude des modes de fission à proximité de l’238U et du 208Pb avec VAMOS et PISTA.
Etude et Modélisation d'une source d'Ions à la Résonance cyclotronique électronique Axisymétrique

SL-DRF-21-0283

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Département Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Saclay

Contact :

Laurent MAUNOURY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Laurent MAUNOURY
CNRS - DSM/GANIL//GANIL

02.31.45.47.87

Directeur de thèse :

Laurent MAUNOURY
CNRS - DSM/GANIL//GANIL

02.31.45.47.87

Page perso : https://www.ganil-spiral2.eu/wp-content/uploads/2020/09/EMIRA-thesis2021.pdf

Labo : https://www.ganil-spiral2.eu/fr/

Le GANIL a une longue tradition dans l’opération et le développement des sources d’ions (basée sur un plasma) alimentant ses accélérateurs. Leurs limitations en termes de production d’ions métalliques de haut état de charge et haute intensité ainsi que la stabilité doivent être maîtrisées. Un premier outil de simulation a été développé lors d’une précédente thèse. Ce travail a permis la compréhension de certains phénomènes observés mais une étape doit être franchie pour obtenir une modélisation plus réaliste : introduire la dynamique des électrons en utilisant l’approche originale PIC Hybride développée au laboratoire LAPLACE de Toulouse.
Mise à l’épreuve de l’interaction nucléaire aux limites de l’existence des noyaux

SL-DRF-21-0181

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Aldric REVEL

Anna CORSI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Aldric REVEL
CEA - DRF/IRFU


Directeur de thèse :

Anna CORSI
CEA - DRF/IRFU

01 69 08 7554

L’exploration des noyaux se trouvant à proximité de la limite d’existence des noyaux (appelée dripline) offre l’unique opportunité d’observer et d’étudier de nombreux phénomènes non prédits - ou insuffisamment - par la théorie tels que l’apparition de "halo" de neutrons ainsi que l’émergence de nouveaux nombres magiques et la disparition de ceux observés dans les noyaux proches de la stabilité.

Le sujet de thèse proposé s’articule autour de l’étude de ces phénomènes émergents dans les noyaux exotiques (voir au-delà de la dripline) via l’analyse de données issues d’expériences réalisées à RIKEN (Japon) et utilisant les dispositifs expérimentaux de pointe SAMURAI et MINOS indispensables à l’étude de ces phénomènes.

RECHERCHE DE LA DÉSINTÉGRATION NUCLÉAIRE EN DEUX PHOTONS

SL-DRF-21-0139

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Wolfram KORTEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Wolfram KORTEN
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

+33169084272

Directeur de thèse :

Wolfram KORTEN
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

+33169084272

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

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

Voir aussi : https://www.gsi.de/en/work/research/appamml/atomic_physics/experimental_facilities/esr.htm

La désexcitation nucléaire en deux photons, c.à.d. la décroissance par émission de deux rayons gamma, est un mode de désexcitation rare du noyau atomique, au cours duquel un noyau excité émet deux rayons gamma simultanément pour revenir à l’état fondamental. Les noyaux pair-pair ayant un premier état excité 0+ sont des cas favorables pour rechercher la décroissance double gamma puisque l’émission d’un seul rayon gamma est strictement interdite pour les transitions 0+ -> 0+ par conservation du moment angulaire. Cette décroissance présente toujours un très petit rapport d’embranchement (<1E-4) en comparaison avec les autres modes de désexcitation possibles, soit par l’émission d’électrons de conversion interne (ICE) soit la création de paires positron-électron (e+-e-) (IPC). Nous utiliserons donc une nouvelle technique pour rechercher la décroissance double gamma: l’étude de la désexcitation d’un état isomérique 0+ de basse énergie dans les ions nus, c.-à-d. entièrement épluchés de leurs électrons atomiques. L’idée de base de l’expérience est de produire, sélectionner et stocker les noyaux dans leur état isomérique 0+ dans l’anneau de stockage de l’installation GSI en Allemagne. Lorsque le noyau est entouré du cortège électronique l’état 0+ excité est un état isomérique à durée de vie assez courte, de l’ordre de quelques dizaines à quelques centaines de nanosecondes. Toutefois, aux énergies relativistes disponibles à GSI, tous les ions sont entièrement épluchés de leurs électrons atomiques et la désexcitation par ICE n’est donc pas possible. Si l’état d’intérêt est situé en dessous du seuil de création de paires, le processus IPC n’est pas possible non plus. Par conséquent, les noyaux nus sont piégés dans un état isomérique de longue durée de vie, qui ne peut se désintégrer que par émission de deux rayons gamma vers l’état fondamental. La désexcitation de l’isomère serait identifiée par spectroscopie de masse Schottky (SMS) à résolution temporelle. Cette méthode permet de distinguer l’isomère de l’état fondamental par la (très légère) différence de leur temps de révolution dans l’ESR, et d’observer la disparition du pic de l’isomère dans le spectre de masse aveI un temps de décroissance caractéristique. L’expérience pour rechercher la décroissance double gamma dans les isotopes 72Ge and 70Se a été accepté par le comité d’expériences de GSI et son réalisation est prévu en 2021/22.
Vers les éléments super lourds : de nouvelles pistes pour l'étude des noyaux lourds

SL-DRF-21-0371

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Barbara Sulignano

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

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

La chasse aux éléments super lourds est l'un des sujets les plus passionnants et les plus actifs de ces dernières années et a déjà produit de nouveaux éléments tels que 113, 115, 117 et 118 dans des expériences d'accélérateur. Tous ces noyaux peuvent être produits par des réactions de fusion-évaporation. Cependant, leurs études sont grandement entravées par les taux de production extrêmement faibles, d'où la difficulté a avoir des informations expérimentales dans cette région. Les faisceaux stables de haute intensité de l'accélérateur linéaire supraconducteur de l'installation SPIRAL2 au GANIL, couplés au spectromètre à super-séparateur (S3) et à un spectromètre à plan focal à haute performance (SIRIUS), ouvriront de nouveaux horizons pour la recherche dans les domaines de ces noyaux rares et des phénomènes de faible section à la limite de la stabilité nucléaire. L'étudiant participera activement aux tests de l'ensemble du détecteur SIRIUS.

Les informations sur les éléments les plus lourds ont été obtenues jusqu'à présent par des réactions de fusion-évaporation. Il est cependant bien connu que les seuls noyaux que l'on peut atteindre par des réactions de fusion-évaporation sont déficients en neutrons et, de plus, en nombre très limité (en raison du nombre restreint de combinaisons faisceau-cible). Une alternative à la fusion-évaporation pourrait être une méthode révolutionnaire basée sur des collisions inélastiques en profondeur. L'étudiant prendra donc une part active a l'étude de la structure nucléaire des éléments lourds en utilisant la nouvelle méthode alternative des réactions de transfert multi-nucléons.
Étude de la production de Quarkonia prompt et non-prompt dans les collisions Pb-Pb à 5 TeV du Run 3 du LHC

SL-DRF-21-0329

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Javier CASTILLO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Javier CASTILLO
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

+33 169087255

Directeur de thèse :

Javier CASTILLO
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

+33 169087255

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

Voir aussi : https://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.

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

Les quarkonia sont des particules rares et très lourdes qui sont produites aux premiers instants de la collision principalement par des processus de fusion de gluons. Ainsi elles sont crées avant même la formation du QGP et constituent des sondes idéales de celui-ci. En traversant le QGP, la paire quark/anti-quark serait écrantée par les nombreux quarks et gluons du plasma. Il s’agit du mécanisme de suppression des quarkonia par écrantage de couleur par le QGP. Les différents états des quarkonia ayant des énergies de liaison différentes, la probabilité de dissociation de chaque état sera différente, on parle alors de suppression séquentielle des quarkonia. De plus, si le nombre initial de paires quark/anti-quark est élevé, et si les quarks lourds thermalisent dans le QGP, alors des nouveaux quarkonia peuvent être crées par le QGP par recombinaison de quarks lourds. C’est le mécanisme de régénération. 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. D’autre part les J/psi non-prompt qui sont issus de la décroissance des hadrons contenant un quark b, donnent accès aux propriétés du transport des quarks b dans le QGP. Plus récemment, la photo-production des J/psi dans les collisions Pb-Pb périphériques à été mise en evidence, il s’agit de J/psi produits à partir du flux de photons émis par les noyaux de Pb en mouvement et qui sont principalement produits avec une très faible impulsion transverse. La caractérisation de ces quarkonia photo-produits permettra de mieux contraindre l’état initial de la collision ainsi que les propriétés du QGP.

Nous proposons d’étudier la production des quarkonia prompt et non-prompt dans les collisions Pb-Pb à une énergie dans le centre de masse de la collision par paire de nucleon (sqrt(sNN)) de 5 TeV au LHC avec les premières données du Run 3 (2022-2024). Une amélioration du système de détection d’ALICE est en cours, avec notamment l’ajout d’un trajectographe à pixels en silicium pour compléter le spectromètre à muons d’ALICE et une nouvelle électronique de lecture de ce dernier. Ces ameliorations permettront, d’une part, de profiter au maximum de l’augmentation en luminosité du LHC et ainsi de tripler en une seule année la quantité de données collectées pendant tout le Run 2 (2015-2018) du LHC et, d’autre part, de séparer les contributions prompt et non-prompt grâce à la mesure de precision du vertex de décroissance en deux muons des quarkonia.

Dans un premier temps, le candidat mettra en place les procedures de séparation des quarkonia prompt et non-prompt. En ce faisant, l'étudiant contribuera au développement du nouveau code de reconstruction, simulation, calibration et analyse (aussi appelé O2) que la Collaboration ALICE développe pour les Runs 3 et 4 du LHC. Dans un deuxième temps, le candidat étudiera la production des quarkonia prompt et non-prompt en Pb-Pb en termes de taux et d’anisotropie de production. Ces études pourront se faire en fonction de la centralité de la collision, de l’impulsion transverse et de la rapidité du quarkonia, pour différents types de quarkonia. En fonction de l’état d’avancement de la thèse ces études prioritaires pour les quarkonia issus des collisions hadroniques pourront être étendues aux quarkonia photo-produits.
Études sur les réactions induites par les neutrons avec MEDLEY au GANIL.

SL-DRF-21-0513

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Département Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Saclay

Contact :

Xavier LEDOUX

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Xavier LEDOUX
CEA - DRF/IRFU/GANIL

02 31 45 46 03

Directeur de thèse :

Xavier LEDOUX
CEA - DRF/IRFU/GANIL

02 31 45 46 03

Page perso : https://www.ganil-spiral2.eu

Cette thèse est consacrée à l’étude de réactions nucléaires induites par des neutrons entre 15 et 40 MeV auprès de l’installation NFS en utilisant le détecteur Medley. Les sections efficaces doublement différentielles de particules chargées légères émises lors de réactions sur le carbone et le chrome seront mesurées afin d’enrichir les bases de données et améliorer certains codes de réaction. Les sections efficaces de fission de l’uranium 235 et 238, qui sont des standards, seront également mesurées par rapport à la section efficace de diffusion élastique sur l’hydrogène
Études systématiques des corrélations de couplage au continuum dans les états proches du seuil

SL-DRF-21-0284

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Département Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL)

Saclay

Contact :

Marek PLOSZAJCZAK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Marek PLOSZAJCZAK
CEA - DRF/IRFU//GANIL

02 31 45 4590

Directeur de thèse :

Marek PLOSZAJCZAK
CEA - DRF/IRFU//GANIL

02 31 45 4590

Page perso : https://www.ganil-spiral2.eu/wp-content/uploads/2020/09/GSM21-thesis2021.pdf

Labo : https://www.ganil-spiral2.eu/fr/

Il est proposé d'étudier les effets saillants du couplage entre les états discrets et continus à proximité de divers seuils d'émission de particules en utilisant le modèle en couches dans le plan d'énergie complexe. Ce modèle fournit la formulation unitaire d'un modèle en couches standard dans le cadre du système quantique ouvert pour la description d'états nucléaires bien liés, faiblement liés et non liés. Des études récentes ont démontré l'importance de l'énergie de corrélation résiduelle du couplage aux états du continuum pour la compréhension des états propres, leur énergie et modes de désintégration, au voisinage des canaux de réaction. Cette énergie résiduelle n'a pas encore été étudiée en détails. Les études de cette thèse approfondiront notre compréhension des effets structurels induits par le couplage au continuum et apporteront un support aux études expérimentales au GANIL et ailleurs. L’étudiant de cette thèse théorique développera les outils numériques nécessaires à l’évolution du « Gamow Shell Model » (GSM), outil par excellence des études spectroscopiques.
Une détermination simultanée des fonctions de distribution partonique et de fragmentation avec des réseaux neuronaux artificiels

SL-DRF-21-0317

Domaine de recherche : Physique théorique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire structure du nucléon (LSN) (LSN)

Saclay

Contact :

Valerio Bertone

Hervé Moutarde

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Valerio Bertone
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LSN


Directeur de thèse :

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

33 1 69 08 73 88

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

La chromodynamique quantique (QCD) est l’expression la plus fondamentale connue de l’interaction nucléaire. C’est une théorie fortement couplée à des énergies de l’ordre de la masse du proton, ou plus généralement des noyaux légers. De manière générale les édifices faits de quarks et de gluons, appelés hadrons, sont précisés par deux types de distributions : les fonctions de distribution des partons (PDF) et les fonctions de fragmentation (FF). Dans une collision impliquant des protons comme au LHC, les PDF caractérisent l’état initial de la collision alors que les FF décrivent la production des hadrons dans l’état final. Une meilleure connaissance de ces objets est donc absolument essentielle pour permettre une exploitation optimale des données expérimentales, en physique nucléaire mais aussi en physique du Modèle Standard et au-delà. Par ailleurs ces distributions apportent une information précieuse sur la transition entre degrés de libertés observés (les hadrons) et fondamentaux (les quarks et gluons, confinés dans les hadrons).

Jusqu’à présent, la plupart des déterminations des PDF et FF ont été indépendantes et s’appuyaient sur des paramétrages de ces distributions ajustés à un grand nombre de données expérimentales diverses. L’objectif du projet de cette thèse est de déterminer simultanément PDF et FF en les décrivant à partir de réseaux de neurones artificiels (ANN). L’analyse simultanée est encore inédite au niveau international et réalisera une exploitation optimale des données expérimentale. Enfin l’utilisation des ANN réduira le biais paramétrique. Des travaux précédents de l’équipe d’accueil de la thèse ont déjà montré l’intérêt majeur des ANN pour la détermination des PDF. En développant les mêmes technologies, l’extension aux FF sera aussi une première réalisation mondiale. Ces deux éléments permettront une détermination plus précise des PDF et FF.

 

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