Les sujets de thèses

Dernière mise à jour : 04-12-2016

17 sujets IRFU

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• Physique des particules

 

Analyse finale de l’expérience Double Chooz pour la mesure du paramètre d’oscillation ’13, la mesure de spectre réacteur et la recherche de neutrinos stériles

SL-DRF-17-0328

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 : 01-09-2017

Contact :

Guillaume MENTION

CEA - DRF/IRFU/SPP/Double Chooz

0169085632

Directeur de thèse :

Guillaume MENTION

CEA - DRF/IRFU/SPP/Double Chooz

0169085632

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

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

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

Double Chooz est l’une des trois 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 fin 2014 et l’exploitation des données de ces deux instruments permet de réduire les systématiques dans la mesure de ’13. La précision des mesures produites par ces trois expériences restera inégalée pendant de nombreuses années et le travail de fouille et de compréhension complète des systématiques réacteur, détecteur et des bruits de fond est essentiel pour assurer le résultat le plus juste et le plus précis possible. La sensibilité des recherches de violation CP dans le secteur des neutrinos dépend crucialement de la valeur mesurée de ’13.

L’étude des 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 leur sensibilité pour les questions de non-prolifération nucléaire. Ces études constituent un enjeu sociétal appliqué potentiellement important. L’objectif sera d’extraire des données une mesure de qualité et de référence mondiale pour la modélisation des antineutrinos de réacteurs pour les futurs projets aussi bien appliqués que fondamentaux.

Enfin le dernier volet thématique de cette thèse aborde la recherche de potentiels neutrinos stériles et les tests de l’anomalie des antineutrinos de réacteur. Cette analyse combinera les données recueillies par Double Chooz avec celles de l’expérience dédiée CeSOX, une source intense de Cérium (activité à 5 PBq) émettrice d’antineutrinos électroniques placée auprès du détecteur de Borexino. Ce travail pourra également aboutir à la combinaison avec l’analyse de l’expérience réacteur dédiée, Stéréo, portée par le SPhN au sein du CEA. Les méthodes d’analyse sont communes et l’effort abouti pourra permettre des avancées importantes dans ces 3 domaines thématiques.

Développement de techniques d’intelligence artificielle pour l’analyse de données de physique des hautes énergies

SL-DRF-17-0007

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

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe CLAS (CLAS)

Saclay

Contact :

Franck SABATIE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Franck SABATIE

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 32 06

Directeur de thèse :

Franck SABATIE

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 32 06

En physique des hautes énergies, les expériences fournissent un volume important de données dont seulement un faible pourcentage est utile par la suite. Le doctorant développera des méthodes connues d'apprentissage automatique, supervisées ou non, afin de filtrer automatiquement ces données. Parmi ces méthodes, citons notamment le clustering k-means, le DB-Scan, les réseaux de neurones et les SVM. Ces méthodes seront tout d'abord évaluées sur des données simulées et bruitées. La question sous-jacente est la caractérisation de la séparabilité des données expérimentales afin d'évoluer notamment vers des algorithmes fournissant une justification en plus de la décision. Les résultats seront comparés à l'état de l'art actuel en analyse de données. Enfin, le doctorant utilisera les techniques développées précédemment pour optimiser l'analyse d'une expérience au Jefferson Lab sur la structure du nucléon ayant lieu à partir de 2017.

Développement d’un scanner TEP temps-de-vol à haute résolution spatiale

SL-DRF-17-0382

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe DO (DO)

Saclay

Contact :

Viatcheslav SHARYY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Viatcheslav SHARYY

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

0169086129

Directeur de thèse :

Viatcheslav SHARYY

CEA - DSM/IRFU/SPP/CaLIPSO

0169086129

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

La Tomographie par Émission 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.

La technique « temps-de-vol » utilise la mesure de différence de temps de détection des deux photons pour améliorer le rapport signal sur bruit et la qualité des images reconstruites. Actuellement, les meilleurs scanners commerciaux obtiennent une résolution en temps de 350 ps (FWHM).

Dans cette thèse nous proposons de développer un détecteur innovant, utilisant la détection de la lumière Tcherenkov produite par la conversion des photons de 511 keV. Nous calculons une résolution en temps meilleure que 150 picoseconde.

La détermination précise du point d'annihilation des positons est importante pour reconstruire les images avec un bon contraste. En particulier, elle est utile en neuro-imagerie, c’est a dire lors d’études sur le cerveau et d’études précliniques sur des modèles animaux de rongeurs. Le scanner proposé doit permettre une haute résolution spatiale et une efficacité de détection élevée.

Vous serez accueilli à l’IRFU au Service de Physique des Particules et travaillez sur la co-direction de Viatcheslav Sharyy, groupe CaLIPSO et Sébastien Jan, de Service Hospitalier de Fréderic Joliot de l'I2BM-CEA.

Le travail de thèse consistera en la mise en œuvre d’un prototype du détecteur, (étalonnage des électroniques et des modules de détection), la simulation de ce détecteur complet au moyen des logiciels GEANT 4. La deuxième étape sera la caractérisation et l'optimisation des performances de détection au moyen du logiciel GATE (optimisation de la géométrie, pour les meilleures performances) et le développement d'algorithmes de reconstruction d’image optimisés pour les machines TEP à haute résolution spatiale et à temps de vol.

Etude de la nature du neutrino à l'aide de détecteurs gazeux Micromegas avec une tonne de Xénon haute pression

SL-DRF-17-0121

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

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Damien NEYRET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Damien NEYRET

CEA - DRF/IRFU/SPhN/COMPASS

01 69 08 75 52

Directeur de thèse :

Damien NEYRET

CEA - DRF/IRFU/SPhN/COMPASS

01 69 08 75 52

Voir aussi : https://arxiv.org/abs/1610.08883

Le neutrino, seule particule de matière de charge électrique nulle, pourrait être une particule de Majorana, c'est-à-dire identique à son antiparticule. Si tel est le cas, alors un phénomène naturel nouveau devrait apparaître pour quelques rares isotopes: la double désintégration bêta sans émission de neutrinos. La violation de l'invariance du nombre leptonique qui en résulte, et qui est interdite par le Modèle Standard serait une découverte majeure. C'est l'une des conditions évoquées pour expliquer l'asymétrie matière-antimatière de l'Univers.



L'expérience proposée par la collaboration PandaX-III consiste à mesurer la cinématique d'événements de désintégration double-bêta de noyaux de Xénon 136 dans un grand volume de Xénon gazeux à 10 bars. Celle-ci permet de détecter la réaction recherchée, l'émission simultanée de deux électrons sans que des anti-neutrinos n'aient été émis à cette occasion, et de la distinguer des différents bruits de fond (double-bêta classique, contamination d'autres noyaux radioactifs, rayons cosmiques). Pour mesurer ces événements rares, le volume de Xénon gazeux formera des chambres à projection temporelle (Time Projection Chamber, TPC), avec un étage de détection constitué de détecteurs gazeux à micro-structure Micromegas. Cette expérience prendra place dans le laboratoire souterrain de Jin Ping (province du Sichuan, Chine), qui possède un des plus faibles taux de rayons cosmiques résiduels au monde. Une première chambre TPC de 200 kg de Xénon sera installée à partir de fin 2017, pour arriver à une masse de 1 tonne avec 5 modules vers 2022. D'importants efforts devront être accomplis pour atteindre une excellente résolution sur la mesure des énergies des deux électrons, afin de séparer le signal des différents bruits de fond, ainsi qu'une excellente pureté radiologique du dispositif expérimental.



Au sein des équipes du SPhN et du SEDI (Service d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique) le doctorant participera aux évaluations des performances des détecteurs Micromegas et de leur électronique de lecture. Il prendra part à la R&D menée pour atteindre une résolution en énergie de 1% à 2 MeV, sur plusieurs types de détecteurs Micromegas, dont des Microbulk et des détecteurs à grille fine. Ce travail inclura, en collaboration avec nos partenaires des universités de Saragosse et de Shanghai, le suivi et l'évaluation des performances des différents prototypes et de leur électronique dans un environnement gazeux sous pression, en particulier leurs performances en terme de résolutions en énergie et spatiale. En parallèle à ces travaux, l'étudiant participera aux développements des algorithmes de reconstruction des données de la TPC afin de pouvoir déterminer les caractéristiques des événements double-bêta (énergie, cinématique), et les reconnaitre des bruits de fond gammas. Ce travail impliquera l'étude des données de chambres de test, ainsi que de simulations Monte Carlo à la fois des dispositifs de test et des TPC finales. Les résultats de ces études seront enfin utilisés pour la mise en œuvre de l'analyse des premières données de l'expérience PandaX-III à partir de mi 2018, afin de poser une première limite sur la présence de processus de désintégration double-bêta sans émission de neutrino.

Etude de la structure 3D du proton par la production exclusive de mesons a COMPASS au CERN

SL-DRF-17-0275

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

Service de Physique Nucléaire (SPhN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Andrea Ferrero

Nicole d'Hose

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Andrea Ferrero

CEA - DRF/IRFU/SPhN

0169087591

Directeur de thèse :

Nicole d'Hose

CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 72 72

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=493

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

Le proton porte encore bien des mystères : il est constitué de quarks et de gluons mais la masse de ceux-ci est bien inférieure à sa masse, et les contributions des spins de ceux-ci ne donnent pas son spin total. Une observation du proton en 3 dimensions peut être réalisée grâce à la production exclusive de photons ou de mésons. Ainsi on peut accéder aux distributions de partons généralisées qui donnent les corrélations entre les positions et les vitesses des quarks et des gluons à l’intérieur du proton. Deux programmes complémentaires sont menés par des physiciens du SPhN, l’un à JLab aux USA avec des électrons de 12 GeV, pour explorer la région des quarks de valence et l’autre à COMPASS au CERN avec des muons de 160 GeV pour explorer les quarks de la mer et les gluons.



Le sujet proposé concerne l’expérience auprès de la Collaboration COMPASS au CERN. Lors de la diffusion du faisceau de muons de 160 GeV du SPS au CERN sur les protons d’une cible d’hydrogène, le processus exclusif est sélectionné par la détection dans le spectromètre COMPASS d’un photon ou un méson émis à l’avant avec une grande énergie et par la détection d’un proton qui recule avec une faible énergie.



L’étudiant participera au cours des 3 années à toutes les étapes d’une expérience : familiarisation avec les techniques de détection et de calibration, prise de données de mai à octobre en 2017, analyse des données, comparaison aux simulations par méthode Monte-Carlo avec différents modèles. Le travail proposé donnera une excellente formation en participant à tous les moments de la vie de physicien depuis le début de la prise de données, à l’avènement des résultats et à leur publication.

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

SL-DRF-17-0063

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 : 01-10-2017

Contact :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Directeur de thèse :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

L’expérience CMS a recherché le boson de Higgs dans le canal de désintégration ’+’- dans les collisions proton-proton à 7 TeV et 8 TeV (énergie dans le centre de masse). Ce canal de désintégration a l’avantage de posséder une signature claire dans le détecteur CMS dans lequel la masse di-muon peut être mesurée avec une excellente résolution. Pour un boson de Higgs de masse 125 GeV/c2, une limite supérieure sur le taux de production de 7.4 fois la prédiction du modèle standard a été observée avec un niveau de confiance de 95%, en accord avec certains modèles hors Modèle Standard.

A 13 TeV on s’attend à ce que la statistique soit multipliée par un facteur 8 à 10. Non seulement le rapport d’embranchement du boson de Higgs en ’+’- sera mesuré plus précisément, mais il sera possible d’identifier les variables discriminantes pour mesurer le spin du boson de Higgs (spin 0) et le distinguer du spin du boson Z (spin 1), et mesurer le spin de résonances nouvelles à des masses plus élevées qui pourrait prendre également la valeur 2 dans le cas de couplages du type graviton.

Etude d’un détecteur à haute granularité et haute résolution temporelle et de son apport pour la physique dans le cadre de l’expérience ATLAS auprès du HL-LHC

SL-DRF-17-0123

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 : 01-10-2017

Contact :

Philippe Schwemling

CEA - Liste des pôles/Liste des départements/Liste des services/Atlas

33 1 69 08 85 85

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling

CEA - Liste des pôles/Liste des départements/Liste des services/Atlas

33 1 69 08 85 85

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

Dans le cadre de l’amélioration du détecteur ATLAS pour les prises de données qui auront lieu a partir de 2026 auprès du collisionneur proton-proton a très haute luminosité HL-LHC, le doctorant participera au développement d'un détecteur de haute granularité spatiale (pixels de 1 mm2) et de haute résolution temporelle (de l'ordre de 50 ps) basé sur des capteurs silicium en technologie CMOS. Il participera aux tests de prototypes (sur banc de test électronique, puis avec des rayons cosmiques et sur un faisceau de particules au CERN). Pour lutter contre le fait qu'au HL-LHC chaque croisement de paquets de protons va engendrer en moyenne pres de 200 collisions proton-proton, son travail consistera aussi a travers des simulations de differents processus de physique a estimer les apports pour l'analyse des donnees de la mesure précise des temps d’arrivée des particules pour rejeter celles qui ne proviennent de la collision intéressante.

Mesure de l'asymétrie avant-arrière dans les désintégrations leptoniques du Z avec le détecteur Atlas au LHC. Détermination de l'angle faible et contraintes sur la structure du proton.

SL-DRF-17-0006

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Nathalie Besson

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Nathalie Besson

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169088274

Directeur de thèse :

Nathalie Besson

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

0169088274

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

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

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

peuvent compromettre la validité des tests de précision à venir.

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

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

SL-DRF-17-0077

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Neutrinos-accélérateurs

Saclay

Contact :

Sara Bolognesi

Marco ZITO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Sara Bolognesi

CEA - DRF/IRFU/SPP/TK2

0169081461

Directeur de thèse :

Marco ZITO

CEA - DRF/IRFU/SPP/TK2

0169083819

Voir aussi : http://personalpages.to.infn.it/~bolognes/work.html

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

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?voir=actu&id_ast=2032

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

L’expérience T2K (Tokai to Kamioka), située au Japon, étudie les oscillations des neutrinos avec un faisceau dirigé vers le détecteur lointain Super-Kamiokande à 295 km. Les équipes de l'IRFU ont fortement contribué à la construction du détecteur proche, dont le dispositif principal est un ensemble de trois grandes chambres basées sur la technologie Micromegas. La comparaison entre l'oscillation des neutrinos et celle des antineutrinos permet de mesurer un paramètre encore inconnu : la phase qui paramétrise la violation de la symétrie charge-parité (CP). Cette violation pourrait jouer un rôle fondamental dans l'explication de l'asymétrie matière-antimatière dans l’Univers. La première mesure par T2K à l'été 2016 a permis d'exclure la conservation de CP avec un niveau de confiance de 90 %. La prise de données par T2K continue et pourrait permettre dans les années à venir des avancées significatives, avec une nouvelle phase à haute puissance entre 2021 et 2025 (T2K-2).

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

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

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

SL-DRF-17-0064

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 : 01-10-2017

Contact :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Directeur de thèse :

elizabeth Locci

CEA - DSM/IRFU/SPP

0041227673965

Dans le cadre d’un modèle aussi prédictif que le modèle standard (SM), la mesure précise de masse du boson W et de sa largeur est sensible aux corrections radiatives, et peut être utilisée pour valider la cohérence du modèle et placer des limites sur les prédictions pour une nouvelle physique au delà du modèle standard (BSM). Si cette dernière n’est pas directement observée au LHC, La mesure des propriétés du boson W pourrait devenir d’une importance capitale pour placer des limites sur l’existence de nouvelles particules qui se coupleraient au W.

Au LHC, les bosons W sont massivement produits et 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.



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

SL-DRF-17-0079

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Henri BACHACOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Henri BACHACOU

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

+41227675650

Directeur de thèse :

Henri BACHACOU

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

+41227675650

Voir aussi : irfu.cea.fr/Spp

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

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



Après deux années d'arrêt, le LHC a redémarré en 2015 avec une luminosité accrue et une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Une luminosité intégrée de plus de 100 fb-1 est attendue d'ici à la fin de 2018. Avec les données de l'expérience ATLAS on s'attend à pouvoir observer le processus ttH et en mesurer sa section efficace pour la première fois. Le doctorant jouera un rôle majeur dans cette mesure.



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

Optimisation de l'accumulation de positons dans l'expérience Gbar et étude de la propulsion spatiale à antimatière

SL-DRF-17-0101

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Antihydrogène

Saclay

Contact :

Boris TUCHMING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2017

Contact :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/DO

01 69 08 97 78

Directeur de thèse :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/DO

01 69 08 97 78

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Pisp/boris.tuchming

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=2095

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

Le CEA-IRFU et le CNES débutent une collaboration pour établir les principes de base d’un système de propulsion spatiale utilisant de l'antimatière. Cette collaboration s'appuie sur l'expérience Gbar dont le but est la production d'un grand nombre d'atomes d'antihydrogène et la mesure de leur chute libre dans le champ de pesanteur.

Le travail de thèse s'articulera en deux parties. D'une part, une étude de la propulsion spatiale abordera les trois aspects de la problématique: fabrication d'antimatière, stockage, et production de poussée, pour lesquels il faudra définir une feuille de route technologique qui fera un point sur l'état de l'art existant et identifiera les objectifs intermédiaires permettant de valider le schéma de transformation d'énergie et le développement d’un système spatial. D'autre part un travail expérimental sur Gbar mettra en oeuvre les techniques de pointe de production et de stockage. Il s'agira de réaliser et d'optimiser l'accumulation d'un nombre record de 10 milliards de positons dans un piège de Penning, ce qui constitue l'une des étapes essentielles à la production de l'antihydrogène de Gbar.

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-DRF-17-0129

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Boris TUCHMING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/DO

01 69 08 97 78

Directeur de thèse :

Boris TUCHMING

CEA - DRF/IRFU/SPP/DO

01 69 08 97 78

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

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

La recherche directe de particules signant l’existence de phénomènes physiques au-delà du Modèle Standard

ou l’approche complémentaire consistant à mesurer le plus précisément des observables du Modèle

Standard, calculables avec une très grande précision pourront se faire à l’horizon 2030 auprès d’un

collisionneur électron-positron, qu’il soit linéaire (projet ILC) ou circulaire (projet FCC-ee/TLEP). Dans tous les

cas, les détecteurs destinés à exploiter les collisions doivent être d’une stabilité et d’une précision inégalée,

afin de permettre des mesures à 10-5 près.

Une technique de détection attractive pour les expériences pour détecter les traces chargées est la chambre

à projection temporelle (TPC), dont le principe est représenté sur la figure 1 : Les particules chargées

produites au point de collision voient leur trajectoire courbée par le champ magnétique dans lequel baigne le

détecteur. La mesure de la courbure de la trajectoire permet de remonter à l’impulsion de la particule. Lors de

leur parcours dans le volume gazeux, les particules chargées ionisent le gaz sur leur passage (« primary

ionisation »). Les électrons d’ionisation dérivent sous l’effet combiné du champ électrique et du champ

magnétique jusqu’à l’extrémité du détecteur, où ils sont amplifiés par effet d’avalanche dans un détecteur

gazeux (plans de chambres proportionnelles multi-fils de Charpak par le passé, actuellement plutôt des

détecteurs micro-gravés de type Micromegas, dont la résolution est bien meilleure).

Le mécanisme d’amplification génère énormément d’ions positifs (« secondary ionisation »), tout comme

d’ailleurs l’ionisation primaire due aux traces chargées : le détecteur reste en effet électriquement neutre. Une

fraction de l’ionisation (de l’ordre de 1% avec les architectures de détection actuelles) générée par le

processus d’amplification parvient dans le volume de dérive, où il génère une charge d’espace qui induit des

distorsions dans les trajectoires des électrons, et partant, des distorsions sur les paramètres géométriques

des traces reconstruites. Or, il faudrait que la fraction d’ions relâchée dans le volume de dérive ne dépasse

0.1%. Il subsiste donc un travail essentiel d’amélioration, qui passe par une compréhension fine des

phénomènes mis en jeu, ainsi que la conception de dispositifs de blocage des ions (« gating »), Ceux-ci ne

peuvent toutefois pas être utilisés dans tous les cas.

Physique de précision dans le secteur du boson de Higgs

SL-DRF-17-0319

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe CMS (CMS)

Saclay

Contact :

Federico Ferri

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Federico Ferri

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 30 65

Directeur de thèse :

Federico Ferri

CEA - DSM/IRFU/SPP/CMS

+33 1 69 08 30 65

Si le Run1 du LHC a été marqué par la sensationnelle découverte du boson de Higgs, le Run2 du LHC a ouvert une époque de mesures de précision de ses propriétés fondamentales et de ses couplages aux bosons et fermions.



Ce projet a pur but la définition d'observables qui peuvent être utilisées pour mesures de précision au sein de la Collaboration CMS (CEA/Irfu/SPP) en collaboration avec physiciens de deux importants groupes de physique théorique du plateau de Saclay, LPhT-Orsay et CEA-IPhT.



Les observables son basées sur le rapport de section efficaces de production inclusives pour différents canaux de désintégration du boson de Higgs (H->gamma gamma et H->ZZ->4l) et sur le rapport de section efficaces de production exclusives pour le même canal de désintégration (H->gamma gamma).



Avec une luminosité attendue du LHC d'environ 150 /fb à fin 2018, les incertitudes statistiques et systématiques sur les observables finales seront comparables. Non seulement ceci peut mener à des mesures très significatives dans le secteur du boson de Higgs, mais peut aussi constituer une sonde de nouvelle physique au delà du Modelé Standard : couplages anomaux du boson de Higgs, modèles de Higgs composite, particules supersymétries avec masses de l'ordre de quelques TeV.

RECHERCHE DE LA PRODUCTION AU LHC DE PARTICULES DE MATIERE NOIRE PRODUITES PAR FUSION DE BOSON VECTEURS ET ETUDE DES PERFORMANCES DES CHAMBRES MICROMEGAS AVANT LEUR INSTALLATION DANS LES NOUVELLES PETITES ROUES DU DETECTEUR ATLAS

SL-DRF-17-0282

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Philippe SCHUNE

Samira Hassani

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Philippe SCHUNE

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

+33-169087061

Directeur de thèse :

Samira Hassani

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169087226

Le problème de l'identification de la matière noire est au cœur des domaines de la physique des particules et de l'astrophysique. Cinq fois plus abondante que la matière baryonique dans l'Univers, mais de nature encore inconnue, son existence même implique que notre inventaire des briques élémentaires de la matière dans le Modèle Standard (MS) est incomplet. Il est possible que le LHC puisse produire des particules de matière noire qui échappent à la détection directe, mais qui pourraient être découvertes indirectement comme un excès d'événements avec de l'énergie ou de l'impulsion manquante. Pour réduire le bruit de fond provenant de processus du MS, le mode de production de paires ’’ par fusion de bosons vecteurs (W ou Z), dit VBF, conduit a la meilleure sensibilité.



Cette thèse est composée de deux parties. La première partie se concentre sur la recherche de la matière noire produite par fusion de bosons vecteurs (W ou Z) avec les données du LHC enregistrées à partir de 2015, avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV avec le détecteur ATLAS.

À cette énergie, et avec la quantité de données accumulée jusqu'en 2018, cette recherche devrait améliorer significativement les limites actuelles sur la production de paire de particules invisibles. Les résultats seront interprétés soit dans le cadre de modèles simplifiés avec des bosons massifs f médiateurs d'une nouvelle interaction se couplant aux particules de matière noire ’ et aux bosons vecteurs du MS (mais ça pourrait aussi être simplement un boson de Higgs si celui-ci s’avère constituer un portail vers un secteur caché sans interaction avec les autres particules du MS), soit dans celui d'une théorie des champs effective qui décrit les interactions scalaires et tensorielles entre la matière noire et les bosons du MS. Ces recherches sont les plus sensibles pour de la matière noire de masse inférieure à 20 GeV, et pourront fournir des informations complémentaires aux recherches directes de matière noire, elles-mêmes plus sensibles à grande masse. Il pourra être aussi utile de combiner ces résultats avec ceux de la recherche de résonances dans l’état final a 2 bosons vecteurs (W+W- et ZZ) pour contraindre encore plus le domaine de masse autorisé pour les bosons médiateurs et les particules 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 plus haute luminosité du LHC prévue pour 2021.



La deuxième partie de cette thèse sera consacrée à la compréhension, l’analyse et l'exploitation des détecteurs gazeux de type MicroMegas. Des détecteurs de ce type doivent remplacer une partie du spectro-mètre à muons d'ATLAS et être opération-nels pour le redémarrage du LHC en 2020.

Compte-tenu des contraintes de précisions et de fonctionnement qu’il faut avoir pour ces détecteurs (précision spatiales, homo-généité du gain, efficacité, etc.), de nombreuses mesures de contrôles et de qualité sont à prévoir avant, pendant et après la construction de ceux-ci.

Après analyses et interprétation, ces mesures serviront à la calibration et permettront d’optimiser le fonctionnement des détecteurs.

Test de l'anomalie des antineutrinos de réacteurs et recherche de neutrinos stériles avec l'expérience CeSOX

SL-DRF-17-0208

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Double Chooz

Saclay

Contact :

Matthieu Vivier

Thierry Lasserre

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Matthieu Vivier

CEA - DRF/IRFU/SPP/Double Chooz

0169086626

Directeur de thèse :

Thierry Lasserre

CEA - DSM/IRFU/SPP

0169083649

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

En 2011, l’équipe de recherche « neutrinos de basses énergies » de l’IRFU a publié une réévaluation à la hausse de la prédiction des flux d’antineutrinos issus de réacteurs nucléaires. L’impact de ce changement dans l’interprétation des résultats de 20 expériences placées à courte distance (< 100 m) d’un réacteur nucléaire, toutes réalisées dans les décennies 80-90, a été examiné. Celui-ci a révélé un déficit moyen de 6 % entre le nombre de neutrinos attendus et le nombre de neutrinos détectés, appelé anomalie des antineutrinos de réacteurs. Cette anomalie pourrait s’expliquer par un nouveau mode d’oscillation à courte distance des neutrinos actifs, associés aux trois familles de leptons connues (électron, muon, et particule tau) vers un 4ème neutrino, dit stérile, dont la masse serait de l’ordre de l’électronvolt.

Cependant, le déficit est observé à un niveau de confiance statistique de 99 %, et n’est donc pas assez significatif pour définitivement conclure sur l’existence de cette nouvelle particule. Une preuve irréfutable serait l’observation d’une oscillation dans le taux de neutrinos détectés en fonction de l’énergie et de la distance, comme le prévoit le formalisme des oscillations de neutrinos. Le projet CeSOX a ainsi pour but de tester cette anomalie et de rechercher l’existence d’un neutrino stérile par l’observation d’une telle oscillation. Il consiste à déployer une source radioactive de Ce144-Pr144 à 8.5 m du détecteur Borexino, situé au Laboratoire National du Gran Sasso (LNGS) en Italie.

L’objectif de la thèse est de mener une analyse complète des données collectées par le détecteur Borexino lorsque la source sera déployée (d'ici fin 2017), pour rechercher à la fois une modulation et un déficit du taux d’antineutrinos détectés en fonction de l’énergie et de la distance, signatures caractéristiques de l’existence d’un neutrino stérile dont la masse est de l’ordre de l’électronvolt. Un point-clé de ce travail consistera à caractériser avec précision les performances (reconstruction en énergie, vertex et efficacité de détection) du détecteur dans les parties externes de son volume cible, pour profiter au maximum de la statistique collectée et tirer vers le maximum de sensibilité la recherche de neutrinos stériles. Ce travail de caractérisation se fera à l’aide des données d’étalonnage et de la simulation GEANT 4 du détecteur. L’étudiant s’investira ensuite dans les travaux de développement des outils statistiques nécessaires à l’interprétation des données, et utilisera ces outils pour fournir ses résultats sur la recherche de neutrinos stériles.

Étude précise des couplages du boson de higgs dans sa désintégration en deux bosons de jauge Z et étude des performances des chambres Micromegas des nouvelles petites roues du détecteur ATLAS

SL-DRF-17-0103

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

Service de Physique des Particules (SPP)

Groupe Atlas (Atlas)

Saclay

Contact :

Claude GUYOT

RODANTHI NIKOLAIDOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2017

Contact :

Claude GUYOT

CEA - DSM/IRFU/SPP

01 69 08 55 74

Directeur de thèse :

RODANTHI NIKOLAIDOU

CEA - DSM/IRFU/SPP/Atlas

0169086157

La découverte d'une nouvelle particule avec une masse autour de 125 à 126 GeV, annoncée par les expériences ATLAS et CMS le 4 juillet 2012 est le point culminant de la chasse au boson de Higgs et marque le point de départ d’une nouvelle ère dans le domaine de physique des particules.  Le modèle standard (SM) de la physique des particules prédit avec précision les couplages du boson de Higgs à toutes les autres particules connues. D'autre part, les théories alternatives au-delà du modèle standard (BSM) prédisent des déviations par rapport aux prévisions de SM. Par conséquent, la détermination expérimentale de la nature précise du boson découvert est l'une des tâches les plus importantes du programme de physique des expériences du LHC. La deuxième phase du LHC, notée RUN-2, à une énergie de 13 TeV dans le centre de masse (par rapport à 7 et 8 TeV en RUN-1) a commencé au printemps 2015 et se poursuivra jusqu'en 2018. Elle vise à une luminosité intégrée d'environ 120 fb-1 qui, si elle est atteinte, représentera plus de cinq fois ce qui a été obtenu en RUN-1, avec un nombre de bosons de Higgs produits plus de 10 fois plus grand, compte tenu de la montée en énergie. Cela nous permettra d'effectuer des mesures plus précises des propriétés du boson de Higgs et de faire une recherche de nouvelle physique au delà du SM. 



Le sujet de thèse proposé est bien intégré dans ce programme scientifique ambitieux du LHC et de la collaboration  ATLAS. Il comporte deux parties complémentaires et reliées entre elles. 



i) La première partie de la thèse consistera en une analyse des données du run-2 dédiée à l'étude de la nature de boson de Higgs. Notre projet consiste à mesurer les couplages du boson de Higgs via sa désintégration à 4 leptons (électrons ou muons) dans un régime ou on s’éloigne de sa couche de masse (off-shell) pour être finalement combiné avec les résultats correspondants à partir des mesures de couplage on-shell. Dans la pratique, notre tâche sera de mesurer la section efficace du processus pp-> ZZ-> 4l pour une large gamme de la masse invariante des 4 leptons de l’état final. Ce canal offre la meilleure sensibilité en raison de sa signature propre avec un rapport signal sur bruit de fond excellent. De nouvelles interactions affectent à la fois le taux et les distributions différentielles de l'état final 4-lepton. L'analyse sera effectuée en classant les événements par rapport au nombre de jets produits en association avec le système des 4 leptons (ZZ + n-jets).



ii) La deuxième partie de cette thèse sera consacrée à la compréhension, l’analyse et l'exploitation des détecteurs gazeux de type MicroMegas. Des détecteurs de ce type doivent remplacer une partie du spectromètre à muons d'ATLAS et être opérationnels pour le redémarrage du LHC en 2020. Compte-tenu des contraintes de précisions et de fonctionnement qu’il faut avoir pour ces détecteurs (précision spatiales, homogénéité du gain, efficacité, etc.), de nombreuses mesures de contrôles et de qualité sont à prévoir avant, pendant et après la construction de ceux-ci. Après analyses et interprétation, ces mesures serviront à la calibration et permettront d’optimiser le fonctionnement des détecteurs.

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