10 sujets IRFU/DPhN

Dernière mise à jour : 24-01-2021


• Physique nucléaire

• Physique des particules

• Physique nucléaire

• Physique théorique

 

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.
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.

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.
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.
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/DPhN/LENA


Directeur de thèse :

Anna CORSI
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

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.
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

L'objectif général de ce projet est une meilleure compréhension de la structure interne des hadrons. Ce problème est abordé en chromodynamique quantique (QCD), théorie physique dont les éléments de base sont les quarks et les gluons. Des informations utiles concernant la structure hadronique sont ainsi codées, entre autre, dans les fonctions de distribution des partons (PDF), qui décrivent comment les hadrons se transforment en quarks et en gluons, ainsi que dans les fonctions de fragmentation (FF), qui décrivent plutôt comment les quarks et les gluons se transforment en hadrons. Étant donné que la QCD est fortement couplée à des énergies de l'ordre de la masse hadronique typique, les PDF et les FF ne peuvent pas être calculées à partir des principes de base en utilisant la théorie des perturbations. Une solution commune à ce problème consiste à paramétrer les PDF et les FF et à les déterminer à partir d'ajustements aux données expérimentales. Jusqu'à présent, la plupart des déterminations des PDF et des FF ont été obtenues séparément en tenant compte des données expérimentales qui ne sont sensibles qu'à l'une d'entre elles. L'objet de ce projet est la détermination simultanée des PDF et des FF. L'avantage d'une telle détermination simultanée est une meilleure exploitation des données expérimentales qui conduira à terme à une meilleure connaissance des PDF et des FF et donc de la structure hadronique. Étant donné la complexité de la tâche, les PDF et les FF seront paramétrés en termes de réseaux neuronaux artificiels (ANN). L'utilisation des ANN permet de réduire le biais paramétrique, et in fine de déterminer plus précisément les PDF et les FF.

 

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