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20 sujets IRFU

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• Physique des particules

Anomalie des neutrinos de réacteur : recherche d’un état stérile avec l’expérience STEREO

SL-DSM-15-0262

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe MNM

Saclay

Contact :

Alain Letourneau

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

Contact :

Alain Letourneau

CEA - DSM/IRFU/SPhN/LEARN

33 (0)1 69 08 76 01

Directeur de thèse :

Alain Letourneau

CEA - DSM/IRFU/SPhN/LEARN

33 (0)1 69 08 76 01

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=186

La physique du neutrino a connu ces dernières années des avancées considérables avec la mise en évidence d’oscillations. Ces oscillations sont la preuve irréfutable que les neutrinos ont une masse et que leurs états propres de saveur ne sont pas superposés à leurs états propres de masse.

Cependant un certain nombre « d’anomalies » laissent supposer l’existence d’un ou plusieurs états dit « stériles » qui pourraient se coupler aux états actifs et n’interagiraient avec aucune autre force que la gravitation.

Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans le cadre du projet Stereo dont l’objectif est de mesurer une nouvelle oscillation dans la propagation, à courte distance, des antineutrinos de réacteur. Une telle découverte serait la preuve d'une nouvelle physique au delà du modèle standard. Stereo est un détecteur segmenté, en cours de conception, qui sera installé auprès du réacteur de recherche de l’Institut Laue-Langevin à Grenoble, début 2016.

Le travail de thèse consistera dans un premier temps à participer à l’installation du détecteur et aux différents tests de fonctionnement et d’étalonnage de celui-ci. Ensuite, le travail se focalisera sur l’analyse avec une part très importante dans l’extraction du signal neutrino et dans l’étude des erreurs systématiques liées à la propagation des neutrinos de la source au détecteur.

Le planning du projet offre à une thèse commençant en octobre 2015 la possibilité de couvrir une grande partie de l'expérience : de la conception et des premiers tests du détecteur sur site jusqu’à la publication des premiers résultats.
Conception et réalisation de modules logiciels innovants pour le test et la caractérisation de l'Asic SamPic pour un détecteur de temps de vol picoseconde dans l'expérience Atlas au LHC, dans le cadre du framework générique Mordicus pour le contrôle, la configuration et l'acquisition de systèmes électroniques distribués.

SL-DSM-15-0690

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire d'Ingénierie Logicielle pour les Applications Scientifiques (LILAS)

Saclay

Contact :

Shebli ANVAR

Christophe ROYON

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

Contact :

Shebli ANVAR

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LILAS

+33663319226

Directeur de thèse :

Christophe ROYON

CEA - DSM/IRFU/SPP/ATLAS

0169088376

The search for extra-dimensions is one of the major topics of the

scientific program of the Atlas experiment on the Large Hadron Collider at

Cern. This can be achieved by studying the photon quartic anomalous

couplings in events where the protons are intact in the final state. The

feasibility of this study relies on the capability to measure the proton

time-of-flight with picosecond precision, which implies that the interaction

vertex of an event we can be reconstructed with millimeter precision by

eliminating most of the pile up background. This instrumentation challenge

is addressed in the Atlas experiment by the development of fast timing

detectors and their readout system based on the SamPic asic. Within the more

general context of particle and nuclear physics instrumentation, the

Mordicus generic software framework project at CEA Irfu addresses the

challenges of the control, configuration and acquisition of highly

distributed, real-time electronic systems. The PhD student will contribute

to this project by designing novel architectural patterns and implementing

them in the form of innovative software modules that optimize the

performance, reusability, modularity, maintenability, and quality of both

prototype and final systems. The main use case for the validation of these

developments will be the electronic chain dedicated to the testing and

characterization the SamPic Asic in realistic conditions. As such, the

student will play a major role in the development and characterization

process of the SamPic electronic chain and its associated software. If

possible, the generic developments within the Mordicus framework can be

further validated through other use cases in particle and nuclear physics

experiments.’

Contraintes expérimentales sur des modèles avec champ scalaire léger en cosmologie et physique des particules (expériences SNLS/eBOSS et CMS)

SL-DSM-15-0305

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Marc Besançon

Marc Besancon

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

Contact :

Marc Besançon

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

0169082056

Directeur de thèse :

Marc Besancon

CEA - DSM/IRFU/SPP

Plusieurs types de modèles avec champ scalaire léger ont été développés récemment pour expliquer l’accélération tardive de l’expansion de l’Univers (galiléon, chaméleon, dilaton). Certains d’entre eux s’inscrivent dans des modèles de dimensions supplémentaires et fournissent une nouvelle physique au-delà du modèle standard de la physique des particules. Cette thèse propose de dériver les contraintes actuelles issues de la cosmologie et de la physique des particules sur de tels modèles.
Détecteur Cherenkov optique, rapide et efficace, pour l’imagerie TEP

SL-DSM-15-0228

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe DO (DO)

Saclay

Contact :

Viatcheslav SHARYY

Dominique YVON

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

Contact :

Viatcheslav SHARYY

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

0169086129

Directeur de thèse :

Dominique YVON

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

01 3045 0498

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Spp/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=3432

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

Mesurer avec une très bonne précision la différence de temps de détection des deux photons permet d’améliorer la qualité d’image. Actuellement, les meilleurs scanners commerciaux obtiennent une résolution en temps de 350 ps (FWHM).

Dans cette thèse nous proposons de développer un détecteur innovant en utilisant la détection de la lumière Cherenkov produite par la conversion des photons de 511 keV. Nous attendons une résolution meilleure que 150 picoseconde. Deux configurations sont à étudier, un détecteur utilisant un cristal « radiateur Cerenkov » et un détecteur qui utilise une liquide inovant, couplé avec le photo-multiplicateur optimisé pour la détection de la lumière Cherenkov.



Le travail de thèse inclut :

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

La thèse sera mené dans le groupe CaLIPSO, qui réunit des physiciens et ingénieurs du Service de Physique de Particule (SPP) et du Service d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique (SEDI) de l’Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers (IRFU) de CEA-Saclay.
Etude et développement de capteurs CMOS monolithiques rapides et radio-tolérants pour le détecteur ATLAS auprès du HL-LHC

SL-DSM-15-0183

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Yavuz DEGERLI

Philippe Schwemling

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

Contact :

Yavuz DEGERLI

CEA - DSM/IRFU

0169086165

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

33 1 69 08 85 85

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=8

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

Aujourd’hui les capteurs d’image CMOS sont utilisés couramment dans le domaine du grand public et dans les applications scientifiques. Ils ont la particularité d’avoir sur le même substrat l’élément de détection et l’électronique de traitement associée. L’utilisation des technologies CMOS standards ou proches du standard permet de développer des capteurs sur mesure pour chaque application avec les fonctionnalités dédiées, tout en utilisant des outils de conception en micro-électronique standards.



Depuis une dizaine d’années, ils sont également développés pour détecter des particules ionisantes dans le domaine de la physique des hautes énergies auprès des grands collisionneurs. L’aspect monolithique et les possibilités d’amincissement permettent d’obtenir des capteurs avec une bonne granularité, ultra-minces (~50 µm) et mécaniquement solides. Ils ont actuellement atteint suffisamment de maturité en termes de résolution spatiale, vitesse de lecture, puissance dissipée et tenue aux irradiations pour pouvoir être utilisés dans certaines expériences de physique. Par exemple, ils sont proposés pour le détecteur de vertex du futur collisionneur linéaire ILC. Ils ont déjà équipé un télescope de faisceau d’EUDET (projet Européen du 6ème PCRD). Récemment, ils ont été choisis pour équiper les couches les plus internes du détecteur ALICE auprès du LHC. Les capteurs en physique des particules sont purement numériques avec une suppression de zéro intégrée, et généralement développés sur des substrats épitaxiés disponibles auprès des fabricants.



Néanmoins, la tenue aux radiations des capteurs développés jusqu’à présent reste insuffisante pour certaines expériences, notamment pour le remplacement du détecteur interne d’ATLAS, à l’horizon 2024 (phase 2 de l’upgrade du LHC). Pour y remédier, les technologies CMOS HV (haute tension) sur substrat HR (haute résistivité) sont proposées par des équipes de recherche. L’utilisation de ces dernières permet d’avoir un substrat entièrement déplété, améliorant considérablement la collection de charge et la tenue aux radiations.



Une première partie de la thèse sera dédiée à l’étude et au développement d’un petit prototype afin de déterminer les caractéristiques principales (collection de charge, bruit, tenue aux radiations etc.) d’une technologie HV/HR CMOS prometteuse. Des outils standards de conception en micro-électronique seront utilisés à ces fins. Les tests de qualification de ce prototype en laboratoire seront effectués, avec la mise en place d’un banc de test dédié. Basé sur l’expérience acquise sur ce premier prototype, un capteur plus sophistiqué avec une architecture innovante et des pixels plus intelligents (mémorisation, application d’un seuil, mesure du temps’) sera conçu.

Mesure de la section efficace de production de deux ou trois photons dans la collaboration ATLAS au LHC et recherche de dimensions supplementaires dans l'univers via l'existence de couplages anormaux entre photons

SL-DSM-15-0478

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Christophe ROYON

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

Contact :

Christophe ROYON

CEA - DSM/IRFU/SPP/ATLAS

0169088376

Directeur de thèse :

Christophe ROYON

CEA - DSM/IRFU/SPP/ATLAS

0169088376

La première partie du sujet porte sur la mesure de la section efficace de

diphotons et de triphotons dans la collaboration ATLAS avec les données

accumulées à 13 TeV sensible à des effets au-delà du modèle standard de la

physique des particules en particulier pour des

photons de grande énergie. Ces mesures permettent en particulier

de tester les couplages quartiques anormaux entre les photons avec une

précision inegalée jusqu'à présent, ce qui pourrait être un signe

de l'existence de dimensions supplémentaires dans l'univers.

L'installation de détecteurs de protons à l'avant permettra d'améliorer

cette sensibilité et l'étudiant participera également à la simulation de

ces développements et aux tests des détecteurs de mesure de temps de vol

des protons et de leur électronique de lecture (SAMPIC) developpés à Saclay

pour ce projet.

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

SL-DSM-15-0315

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Federico Ferri

Marc Déjardin

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

Contact :

Federico Ferri

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 30 65

Directeur de thèse :

Marc Déjardin

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 68 98

La thèse propose la mesure de la section efficace de production d’un boson Z associé avec une couple de quark top. Ce procès est important pour l’étude des propriétés électrofaibles du quark top au sein du Modèle Standard, qui restent encore en large mesure inexplorées. De plus, le canal ttZ est important dans les recherches de nouvelle physique avec un état final qui contient des combinaisons particulières de leptons et jets, pour lesquels le ttZ est un bruit de fond à caractériser complètement. Déjà menées avec les données à 7 et 8 TeV, la mesure sera plus importante à 13 TeV, l’énergie du centre de mass des collisions du LHC à partir de 2015. Les premières années du RunII du LHC devraient donner approximativement 100 /fb de données, environ 4 fois plus que celles analysées pendant le RunI. Avec des conditions du faisceau différentes par rapport au RunI, il sera important d’étudier en détail le comportement du détecteur et d’en optimiser les performances. Résolution des jets et énergie manquante, étiquetage des quarks b, mesure précise des leptons seront les ingrédients clefs pour le succès de la mesure.
Mesure du boson de Higgs produit en association avec une paire top-antitop dans l’expérience ATLAS

SL-DSM-15-0182

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Henri BACHACOU

Frédéric DELIOT

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

Contact :

Henri BACHACOU

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

+41227675650

Directeur de thèse :

Frédéric DELIOT

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169086628

Avec la découverte d’un nouveau boson compatible avec le boson de Higgs du modèle standard, une nouvelle ère s’ouvre pour la physique des particules. Un des sujets les plus importants en physique des particules dans les années à venir est l’étude de la nature du boson de Higgs et ses connexions avec des extensions possibles du modèle standard. En particulier, il est essentiel de comprendre la relation du boson de Higgs avec la particule élémentaire la plus lourde : le quark top et de mesurer le couplage de Yukawa entre ces deux particules. Le seul processus qui est directement sensible au couplage de Yukawa du quark top est la production d’un boson de Higgs (H) en association avec une paire top-antitop (tt). Mais ce canal est un des plus difficiles à mesurer au LHC.

Du fait de la faible section efficace attendue pour la production ttH, il est important de se focaliser sur le canal avec le plus grand rapport d’embranchement : la désintégration du boson de Higgs en paire de quark b. Cependant ce canal souffre d’un bruit de fond important provenant de tt+jets. Découvrir le canal ttH nécessitera une excellente connaissance du bruit de fond du modèle standard ainsi que des performances du détecteur. Dans cette thèse, l’accent sera mis en particulier sur la reconstruction de l’état final ttH et la modélisation du bruit de fond tt+jets.



Après deux années d’arrêt, le LHC redémarrera en 2015 à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV inégalée jusqu’alors. Avec les données accumulées par l'expérience ATLAS après quelques années, on s’attend à pouvoir mesurer le processus ttH pour la première fois. Le doctorant prendra un rôle important dans cette nouvelle mesure.

Mesure précise de la Masse du W et de ses propriétés auprès de futurs collisionneurs e+e- et optimisation de détecteurs

SL-DSM-15-0385

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

elizabeth Locci

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

Contact :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Directeur de thèse :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

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

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

Dans le cadre d’un modèle aussi prédictif que le modèle standard (SM), la mesure précise de masse du boson W et de sa largeur peut être utilisée pour valider la cohérence du modèle et placer des limites sur les prédictions pour une nouvelle physique au delà du modèle standard (BSM).

Parmi les différentes options possibles pour accroître la précision des mesures faites au LHC, un collisionneur circulaire e+e- (FCC-ee) semble offrir le meilleur potentiel pour obtenir la grande quantité de bosons W nécessaire pour obtenir les précisions requises.

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

Au sein du groupe FCC-ee du CEA/Saclay, le candidat contribuera au travail de simulation et d’analyse de FCC-ee, en ce qui concerne la simulation de la production et désintégration des W dans le détecteur, et également la simulation et l’optimisation de ce détecteur.

Au cours de sa thèse, le candidat développera une grande maîtrise de toutes les techniques d’analyse et des outils informatiques et statistiques, qui est très appréciée en physique des hautes énergies, mais également dans de nombreux domaines en dehors de celui-ci. Il aura aussi l’opportunité de se familiariser avec le domaine de l’ingénierie en matière de détecteurs.

Ses contacts avec un milieu international lui offriront des ouvertures académiques sur l’étranger.

Mesure précise de la masse du boson W et de ses propriétés dans l’expérience CMS au LHC

SL-DSM-15-0307

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

elizabeth Locci

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

Contact :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Directeur de thèse :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Dans le cadre d’un modèle aussi prédictif que le modèle standard (SM), la mesure précise de masse du boson W et de sa largeur peut être utilisée pour valider la cohérence du modèle et placer des limites sur les prédictions pour une nouvelle physique au delà du modèle standard (BSM).

Au LHC, la masse du W est mesurée dans les canaux leptoniques (electron, muon), car ceux-ci sont identifiables avec une grande efficacité et une faible contamination. Dans ces modes de désintégration, le lepton chargé est accompagné d’un neutrino qui échappe à la détection. Seule l’impulsion transverse du neutrino peut être reconstituée par la conservation des impulsions dans le plan transverse.

Il s’agira de la première thèse sur un sujet encore peu exploré dans l’expérience CMS.

Dans un premier temps, le candidat devra se familiariser avec les premiers travaux qui ont été conduits sur son sujet de thèse et acquérir une bonne connaissance du détecteur et des outils de simulation et d’analyse de CMS.

Au fur et à mesure, il développera sa propre analyse, en coordination avec le groupe international travaillant sur ce sujet. Une parfaite maîtrise des modèles théoriques, associée à une compréhension approfondie du détecteur, sera nécessaire pour la compréhension des incertitudes systématiques, tant expérimentales que théoriques, pouvant affecter les mesures.

Il devra se rendre sur le site de l’expérience pour participer à la prise de données et aux réunions de collaboration où il sera amené à présenter son travail.

Au cours de sa thèse, le candidat développera une grande maîtrise de toutes les techniques d’analyse et des outils informatiques et statistiques, qui est très appréciée en physique des hautes énergies, mais également dans de nombreux domaines en dehors de celui-ci. Il aura aussi l’opportunité de se familiariser avec le domaine de l’ingénierie, l’électronique, par exemple.

Ses contacts avec un milieu international lui offriront des ouvertures académiques sur l’étranger.

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

SL-DSM-15-0382

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Philippe Schwemling

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

Contact :

Philippe Schwemling

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

33 1 69 08 85 85

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

33 1 69 08 85 85

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

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

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

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

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

Optimisation de l'analyse de l'expérience Double Chooz pour la mesure du paramètre d'oscillation theta13, la non-prolifération nucléaire et la recherche de neutrinos stériles

SL-DSM-15-0507

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Double Chooz

Saclay

Contact :

Guillaume MENTION

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

Contact :

Guillaume MENTION

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169085632

Directeur de thèse :

Guillaume MENTION

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169085632

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

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

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

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



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



Enfin le dernier volet thématique de cette thèse porte sur un sujet de prospective fondamentale à fort impact aujourd’hui, à savoir la recherche de potentiels neutrinos stériles.



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



L’étudiant(e) rejoindra l’équipe du CEA de Saclay pour élaborer une analyse dite optimale des données. L’équipe du CEA a déjà une très bonne visibilité et reconnaissance pour la compréhension globale de l’analyse depuis le c’ur des réacteurs jusqu’au courant électrique mesuré dans les photomultiplicateurs pour détecter les neutrinos. L’objectif de ce travail de thèse sera d’exploiter de façon optimum toute cette connaissance, jusqu’à présent parcellaire, afin d’extraire le maximum d’information de ces mesures. On empruntera pour cela des techniques modernes d’analyse de type Big Data, telles que les réseaux bayésiens fortement utilisés entre autres dans les analyses des réseaux sociaux, de reconnaissance vocale ou le traitement d’images.
Production de paires de bosons aupres de l'experience Atlas et contraintes sur les couplages à 3 ou 4 bosons.

SL-DSM-15-0571

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Ahmimed OURAOU

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

Contact :

Ahmimed OURAOU

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 85 33

Directeur de thèse :

Ahmimed OURAOU

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 85 33

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

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

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

Le sujet de la thèse est la mesure de la section efficace de production de paires de bosons vecteurs (W et Z) se désintégrant en leptons avec le détecteur Atlas au LHC. La production de paires WZ est particulièrement indiquée car elle bénéficie d'une section efficace importante tout en ayant un bruit de fond limité. Cette section efficace donne accès à la mesure du couplage à trois bosons WWZ. De plus, la section efficace WZ en association avec deux jets vers l'avant donne accès aux couplages à 4 bosons WWZZ et WWZgamma. Enfin, la présence éventuelle d'une résonance dans le spectre de masse di-boson serait une signature claire de nouvelle physique.

Pendant les six premiers mois de la thèse, l'étudiant se familiarisera avec les analyses en cours dans Atlas sur le sujet. Ensuite, au fur et à mesure de l'accroissement de la luminosité intégrée, il devra adapter ces analyses aux nouvelles problématiques rencontrées : en particulier, la sensibilité de ces analyses sur les données précédentes d'Atlas est bien plus faible que celle attendue pour cette thèse (gain d'un facteur 2 sur l'énergie et d'un facteur au moins 4 sur la luminosité), donc un accent particulier devra etre mis sur la compréhension des erreurs systématiques (tant théoriques qu'expérimentales) pouvant affecter la mesure.
Recherche avec le détecteur ATLAS de le production au LHC de particules de matière noire en association avec des quarks bottom. Etude des performances des chambres MicroMegas avant leur installation dans le nouvelle petite roue du détecteur ATLAS.

SL-DSM-15-0499

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Philippe SCHUNE

Samira Hassani

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

Contact :

Philippe SCHUNE

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

+33-169087061

Directeur de thèse :

Samira Hassani

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169087226

La découverte du boson de Higgs au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) au CERN en 2012 a été un succès pour le Modèle Standard et a marqué un nouveau point de départ pour la physique des hautes énergies.

Le problème de l'identification de la matière noire est au c’ur des domaines de la physique des particules et de l'astrophysique. La matière noire est cinq fois plus importante que la matière barionique dans l'Univers, mais son identité reste inconnue. Son existence même implique que notre inventaire des blocs de base de la matière est incomplet. L'incertitude sur ses propriétés nous empêche de comprendre entièrement comment l'Univers a évolué jusqu'à son état actuel et comment il évoluera dans le futur.

Or, le LHC peut produire des particules de matière noire qui échappent à la détection, mais qui peuvent être découvertes indirectement comme un excès d'événements avec de l'énergie ou de l'impulsion manquante.



Cette thèse est composée de deux parties. La première partie se concentre sur la recherche de la matière noire produite en association avec des quarks bottom avec les données du LHC prévues mi-2015 pour une énergie dans le centre de masse de 13 TeV avec le détecteur ATLAS.

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



Si un signal significatif de matière noire est découvert au LHC, il faudra une grande statistique pour effectuer une caractérisation complète et précise de ses propriétés. Le détecteur ATLAS va subir un vaste

programme de modernisation afin de faire face à la hausse du flux de particules en raison du fonctionnement à haute luminosité du LHC prévue pour 2019.

Par conséquent, la deuxième partie de cette thèse est consacrée à la formation de l'étudiant dans la compréhension et l'exploitation des détecteurs gazeux de type MicroMegas qui vont remplacer une partie du spectromètre à muons d'ATLAS. L'étudiant participera à la construction de ces détecteurs et à leur étude en faisceau test au CERN.

Les détecteurs MicroMegas ont été inventés dans le milieu des années 90 par des chercheurs du CEA-IRFU. Ils ont été utilisés de plus en plus au cours des dernières années dans le domaine de la physique des particules et ont montré un fort potentiel pour l'instrumentation nucléaire, biomédicale et des applications industrielles.

Recherche de matière noire dans des événements avec des bosons W ou Z se désintégrant de manière hadronique et avec de l'énergie transverse manquante avec le détecteur CMS

SL-DSM-15-0310

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Serguei GANJOUR

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

Contact :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

Directeur de thèse :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

Recherche de neutrinos stériles avec l'expérience T2K

SL-DSM-15-0136

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Neutrinos-accélérateurs

Saclay

Contact :

Marco ZITO

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

Contact :

Marco ZITO

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169083819

Directeur de thèse :

Marco ZITO

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169083819

La mesure de la masse des neutrinos rend nécessaire l'introduction de nouveaux états des neutrinos, dits stériles. Nous proposons une recherche de ceux-ci dans les données du détecteur proche de T2K dans le cadre d'un modèle dit "Neutrino Minimal Standard Model". Un domaine de masse particulièrement intéressant pour ces nouvelles particules est celui entre 100 et 500 MeV, qui est accessible aux expériences actuelles.L'analyse vise à isoler un échantillon de leurs désintégrations dans une variété de modes à deux corps (comme N-> e pi ou N ->mu pi) ou trois corps. La reconstruction de ces désintégrations pourra bénéficier des excellentes performances des TPC.

T2K est une expérience d'oscillation des neutrinos au Japon avec une grande collaboration internationale.

A noter qu'une des étapes de l'étude consiste à valider les algorithmes de reconstruction en étudiant les interactions de neutrino dans le gaz de la TPC. On s'attend à quelques centaines d'événements de ce type, échantillon qui permettra aussi des études extrêmement intéressantes sur les sections efficaces standards des neutrinos.
Recherche de nouvelle physique dans le secteur du quark top avec le détecteur ATLAS

SL-DSM-15-0172

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Henri BACHACOU

Frédéric DELIOT

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

Contact :

Henri BACHACOU

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

+41227675650

Directeur de thèse :

Frédéric DELIOT

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169086628

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



Après deux ans d'arrêt, le LHC va redémarrer à une énergie sans précédent de 13 TeV dans le centre de masse. Un des canaux les plus intéressants pour la découverte de partenaires du quark top ainsi que la production de quatre quarks top est la recherche de deux leptons de même signe parce que la contamination du bruit de fond du modèle standard est faible. Avec les données accumulées par l'expérience ATLAS après quelques années, le doctorant effectuera la recherche de partenaires du quark top dans une région inexplorée de l'espace de phase ainsi que la mesure de la production de quatre quarks top.
Recherche de particules supersymétriques avec des leptons tau dans l'état final dans l'expérience CMS

SL-DSM-15-0312

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Maksym Titov

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

Contact :

Maksym Titov

CEA - DSM/IRFU/SPP/ILC

0169086990

Directeur de thèse :

Maksym Titov

CEA - DSM/IRFU/SPP/ILC

0169086990

Le LHC au CERN près de Genève va faire entrer en collision des faisceaux de protons à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV à l'horizon 2015 et ainsi aborder un nouveau domaine en énergie. CMS est une des expériences généralistes qui a été construite auprès du LHC permettant d 'explorer ce nouveau domaine. La supersymétrie permet de construire des extensions du modèle standard (SM) de la physique des particules parmi les plus motivées. Les leptons tau représentent une excellente signature pour sonder une éventuelle nouvelle physique au delà du SM. De nombreux modèles supersymétriques prédisent un excès d'évènements avec des leptons taus dans l’état final. Nous proposons une thèse d'analyse des données de l 'expérience CMS prise à 13 TeV sur la recherche de particules supersymétriques avec des leptons tau dans l'état final.
detecteur MOS avec grille piégeante

SL-DSM-15-0353

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

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

Laboratoire de physique des détecteurs, d'Electronique frontale et de microélectronique frontale (LDEF)

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

Gabrielle REGULA

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

Contact :

Nicolas FOURCHES

CEA - DSM/IRFU/SEDI/LDEF

0169086164

Directeur de thèse :

Gabrielle REGULA

Université d'Aix-Marseille - CNRS/IM2NP

0491282756

MOTIVATIONS SCIENTIFIQUES :

Une des motivations première de cette proposition de thèse provient de la physique des particules. Les détecteurs de vertex actuels ne satisfont pas la plupart des exigences techniques requises en particulier en termes de compacité et de vitesse, en dépit progrès réalisés avec des capteurs CMOS. Récemment I'IRFU a proposé un nouveau dispositif fondé sur les principes de fonctionnement différents du capteur CMOS. La principale caractéristique de ce dispositif est d'éliminer la diode de collecte remplacée par une grille de type nouveau, nommée ici grille piégeante (DTG, ou Deep Trapping Gate), donnant naissance à un nouveau dispositif MOS, le TRAMOS (Trapping Mos).Cela conduit à réduire significativement les dimensions du pixel. Des simulations ont montré la validité du principe. Les applications en dehors de la physique de base pourraient inclure l'imagerie de la lumière visible aux photons X, surtout quand une tolérance élevée aux radiations ionisantes et non ionisantes est requise. Les technologies étudiées jusqu'à présent sont basés sur les capteurs CMOS (pour lequel l'Irfu / Saclay a été impliqué) et le CCD et la DEPFET (FET déserté). Le capteur CMOS utilise une diode pn en tant qu’élément détecteur. Le DEPFET utilise la modulation du canal par la charge localisé dans un puit de potentiel, et les CCD le transfert de charge entre deux cellules voisines. Ces technologies une à une ne satisfont pas toutes les contraintes réunies : vitesse, réduction des dimensions et tolérance aux rayonnements an particulier hadroniques. Jusqu'à présent, seuls les détecteurs CMOS entièrement intégrés à l’électronique de lecture ont une résolution spatiale suffisante malgré une tolérance aux défauts de déplacement limitée. Une solution globale pour les détecteurs pixels devrait être un point de départ pour un développement réussi, le TRAMOS est une solution. D’autres pixels hybrides moins performants en résolution spatiale basés sur des matériaux dont les défauts d’irradiation peuvent recuire à des températures suffisamment basses comme le germanium sont une alternative crédible qui devra être étudiée parallèlement aux détecteurs TRAMOS, essentiellement par simulation.

CONTENU DU TRAVAIL DE THESE :

Les trois années devraient principalement être dévolues au développement technologique de ces structures de détection, en utilisant principalement les facilités fournies par certaines plates-formes technologiques (CNRS-CEA). Le travail proposé devrait inclure des simulations TCAD (technologiques) et sous certaines conditions l’étude des effets des rayonnements sur les (s) dispositifs développés. A l'issue de cette période, le (la) candidat(e) aura acquis des connaissances nouvelles et v une expérience certaine dans les domaines de la détection de particules en physique des particules et de la physique et technologie des semi-conducteurs. Les caractérisations électriques et structurales des dispositifs seront nécessaires au cours de l'avancement du travail de thèse en collaboration avec les laboratoires partenaires. Après quoi, plus fondamentalement, le (la) candidate devra simuler physiquement le fonctionnement d’un tel détecteur et évaluer son potentiel pour la physique des particules, le collisionneur linéaire international (ILC) étant l'objectif principal, les futures expériences LHC étant un objectif à court terme. D'autres applications de ces technologies sont l'astrophysique, la physique nucléaire et de physique médicale. Une bonne formation en physique fondamentale sera nécessaire, ou devrait être acquise au cours de l'avancement des travaux en vue de défendre le travail sous la forme d’une thèse générale et d’importance.

Un des buts du travail de ce travail est d’obtenir des éléments permettant de déterminer quel type de pixel est le plus adapté à court et à long termes aux exigences de la physique des particules, au cours du travail, de thèse il devrait être possible de choisir entre un développement final pour deux options. Dans un premier temps le travail de thèse concernera l’étude préalable de deux options.

Au préalable un travail expérimental de petite ampleur devra être fait pour s’assurer de fonctionnalité physique de la grille piègeante, au moyen de mesures électrooptiques essentiellement.





Étude de l'auto-couplage du Higgs avec la reconstruction du canal HH -> bbgammagamma dans CMS

SL-DSM-15-0313

Domaine de recherche : Physique des particules

Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Serguei GANJOUR

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

Contact :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

Directeur de thèse :

Serguei GANJOUR

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

Les limites d'observation de la production d'une paire de boson de Higgs dans le mode soit résonant soit non-résonant reconstruit en une paire de photons et une paire de jets b (HH-> bbgammagamma) sont en cours de publication pour le RUN-1 du LHC à 8TeV. La reconstruction du canal HH -> bbgammagamma en utilisant les données du prochain RUN-2 à 14 TeV permettra l’étude de l'auto couplage du Higgs, de son couplage au quark top ainsi que le couplage Yukawa du quark top.
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