9 sujets IRFU

Dernière mise à jour : 05-07-2020


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• Physique nucléaire

 

Antimatière, hypernoyaux : utilité de connaître l’interaction antiproton-noyau

SL-DRF-20-0229

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Jean-Christophe DAVID

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Jean-Christophe DAVID
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169087277

Directeur de thèse :

Jean-Christophe DAVID
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169087277

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2105

Les réactions antiproton-noyau ont lieu aussi bien à l’arrêt qu’en vol. Les réactions à l’arrêt ou quasiment (~100 eV - 1 keV) sont notamment utilisés à l’Antiproton Decelerator (AD) au Cern par différentes expériences (GBAR, ASACUSA, AEgIS, ALPHA, ATRAP). À FAIR, le projet PANDA (antiProton ANnihilation at DArmstadt) vise, entre autre, l’étude des hypernoyaux avec des réactions en vol (~GeV). Dans les deux cas des simulations fiables des réactions sont nécessaires pour une bonne analyse des résultats. C’est sur ce point que nous proposons d’apporter notre pierre.



Le code de calcul INCL (IntraNuclear Cascade Liège) développé au CEA (Irfu/DPhN) traite les réactions hadron-noyau pour des énergies allant jusqu’à 20 GeV. Reconnu pour sa fiabilité, il a récemment été étendu à la production de particules étranges et d’hypernoyaux (avec l’aide du code de désexcitation ABLA), et est utilisable aussi au sein du code de transport Geant4. L’extension aux réactions antiproton-noyau permettra donc de participer aux études sur les hypernoyaux de PANDA, avec une première étape de tests sur des données déjà disponibles (obtenues au LEAR), ainsi qu’aux expériences de l’Antiproton Decelerator où l’on étudie le comportement des atomes anti-hydrogène.



De plus, INCL est capable de traiter les réactions noyau-noyau lorsque l’un des noyaux est léger (A <= 18). Ceci pourrait aussi être utilisé pour traiter par extension les réactions avec des anti-deutons et anti-héliums. L’expérience GAPS (General AntiParticle Spectrometer) vise justement à mesurer les flux de ces particules dans le rayonnement cosmique. Des simulations sont évidemment nécessaires dans ce cas et INCL pourrait ainsi y contribuer.

Approches continues de QCD et structure 3D du nucleon

SL-DRF-20-0457

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 : 01-10-2019

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. Une confrontation des résultats obtenus avec les données expérimentales sera menée de concert avec les autres membres de LSN.
Développement d'un détecteur Micromegas TPC pour des réactions induites par neutron

SL-DRF-20-1118

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Eric BERTHOUMIEUX

Frank GUNSING

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Eric BERTHOUMIEUX
CEA - DRF/IRFU/DPhN

01 69 08 75 84

Directeur de thèse :

Frank GUNSING
CEA - DRF/IRFU/DPhN

01 69 08 75 23

Les détecteurs gazeux à base de Micromegas sont utilisés dans plusieurs projets de physique nucléaire. Une de ces applications est en lien avec des faisceaux de neutrons pulsés, permettant d'utiliser la technique de temps de vol pour déterminer l'énergie du neutron. A l'aide d'une électrode avec une mince couche contenant un isotope à étudier, on détecte les particules chargées issues d'une réaction induite par neutrons. De cette façon il est possible de mesurer des probabilités de réaction. La faible probabilité d'interaction du faisceau avec les dépôts peut permettre de mettre plusieurs détecteurs en série pour faire des mesures relatives. En utilisant des pistes orthogonales pour le détecteur Micromegas, il est possible d'extraire les coïncidences et ainsi reconstruire l'image du faisceau incident, ce qui se fait en plus en fonction de l'énergie des neutrons. Une analyse plus approfondie permettra de reconstituer les traces depuis le point d'impact du neutron et ainsi de déterminer la distribution angulaire de la réaction étudiée. Le projet de thèse sera de développer une chambre de projection temporelle (TPC) Micromegas pour des mesures en combinaison avec temps-de-vol de neutrons, ayant une excellente résolution en position et en temps, et en intégrant l'électronique associée.
ETUDE DE L'EVOLUTION DE LA FORME QUANTIQUE DES NOYAUX EXOTIQUES

SL-DRF-20-0011

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Magdalena Zielinska

Wolfram KORTEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Magdalena Zielinska
CEA - DSM/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 74 86

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/Sphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=293

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

La forme d’un noyau, c.à.d. la déviation par rapport à une forme sphérique de la distribution en masse, est une de ses propriétés fondamentales, gouvernée à la fois par des effets macroscopiques et microscopiques, tels que la structure en couche du noyau. L’étude de la forme des noyaux exotiques, c.à.d. très loin de la vallée de stabilité, permet de tester finement les différents modèles théoriques qui ont été développés pour les noyaux stables. L’objectif de cette thèse est l’étude de l’évolution de la forme des noyaux riches en neutrons autour de la masse A~100 par excitation Coulombienne. Ces noyaux se situent loin des couches fermées et se déforment pour minimiser leur énergie potentielle. Contrairement à la grande majorité des noyaux non-sphériques qui prennent une forme d’ellipsoïde allongé, ces noyaux sont prédits comme très changeants pouvant aller d’allongés (prolate) à aplatis (oblate) en passant par des formes triaxiales. Mais l’information sur leur ‘‘collectivité’’ mesurée par la probabilité de transition vers des niveaux excités reste encore très limitée et la connaissance de leur forme est presque non-existante.

Pour le projet de thèse, une expérience d’excitation Coulombienne visant le noyau 100Zr est prévu. Cet isotope est positionné à N=60, à la charnière où la coexistence de forme se développe. La méthode d’excitation Coulombienne permet d’extraire la probabilité d’excitation pour chaque état excité et ensuite d’extraire un jeu d’éléments de matrice électromagnétiques et surtout leur moment quadripolaire statique qui détermine la forme du noyau. Le faisceau radioactif est produit par l’installation ATLAS-CARIBU à l’Argonne National Laboratory (USA). CARIBU est la seule installation au monde qui peut actuellement délivrer ce type de faisceau d’un élément réfractaire. L’expérience est déjà acceptée par le comité local d’expériences avec une haute priorité et nous attendons sa réalisation fin 2020. Le/la doctorant(e) participera activement à la préparation de l’expérience. Il serait donc souhaitable qu’il/elle commencera son travail déjà lors d’une stage M2. Il/elle sera responsable pour l’analyse des données et de la publication des résultats scientifiques.

Au cours de sa thèse, l’étudiant(e) sera amené(e) participer à d’autres expériences du groupe et à présenter ses résultats au cours de colloques et de conférences internationales. Cette thèse s’inscrit dans un travail collaboratif avec des partenaires français et internationaux. La préparation et la réalisation des expériences nécessiteront des missions, notamment à l’ANL, États-Unis, où un séjour de 4-6 semaines pourra s’avérer nécessaire.
Effet de l'interaction neutron-proton sur l'état fondamental des isotopes de chlore riches en neutrons

SL-DRF-20-0472

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Alain GILLIBERT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Alain GILLIBERT
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

0169082584

Directeur de thèse :

Alain GILLIBERT
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

0169082584

En physique nucléaire, le noyau atomique est représenté en termes de couches d’énergie pour les protons et les neutrons, d'une manière formellement semblable à la physique atomique. Les noyaux résultent du remplissage successif des orbitales caractérisées par un moment angulaire, certains noyaux étant particulièrement stables (ou « magiques ») lorsque les couches majeures sont entièrement remplies avant le franchissement d’un gap en énergie. Ce modèle décrit globalement les noyaux les plus stables, mais permet également de représenter l’évolution des propriétés nucléaires en fonction de paramètres comme l’asymétrie proton/neutron. C’est ainsi qu’on peut observer une évolution des orbitales et des nombres magiques associés lorsqu’on considère des noyaux de plus en plus riches en neutrons (noyaux dits « exotiques ») loin de la vallée de la stabilité. Dans le cas des isotopes de calcium avec un nombre magique de protons Z=20, la position relative des orbitales de protons 0d3/2 et 1s1/2 évoluent depuis 40Ca (N=20) jusqu’à 48Ca (N=28) sous l’influence du remplissage de l’orbitale de neutrons 0f7/2 et de l’interaction neutron-proton dans le noyau [1]. Cela est observé expérimentalement lors de la mesure des énergies et spins des états fondamentaux et excités des isotopes de potassium Z=19 qui peuvent être décrits comme des isotopes de calcium avec un trou de proton dans la couche de valence. Nous proposons dans cette thèse de déterminer cette spectroscopie de basse énergie et l’évolution des orbitales 0d3/2 et 1s1/2 pour les isotopes de chlore Z=17 et un proton de valence.

Cette étude sera effectuée à partir d’une expérience à réaliser en 2020 auprès de l’accélérateur RIBF à Tokyo. Un faisceau secondaire de noyaux exotiques comprenant les isotopes 46,48Ar sera produit à partir du faisceau primaire 70Zn à 345 MeV/u par fragmentation du projectile. La spectroscopie de basse énergie sera étudiée grâce à la réaction d’arrachage d’un proton en cinématique inverse 46,48Ar(p,2p)45,47Cl et une cible d’hydrogène cryogénique d’hydrogène liquide épaisse entourée d’un trajectrographe (dispositif MINOS) pour reconstituer le vertex de la réaction à l’intérieur de la cible [2]. Les photons de 45,47Cl émis en vol au niveau de la cible seront détectés avec un ensemble de détecteurs Ge de haute résolution HiCARI, installé spécialement pour cette campagne de mesures en 2020. Enfin, on mesurera la distribution en moment des fragments 45,47Cl qui permettra de caractériser le moment angulaire (onde s ou d) du proton arraché pour déterminer le spin de l’état final.

Une proposition d’expérience sera examinée au Comité d’expériences de RIKEN (Tokyo) en décembre 2019 en vue d’une réalisation dans le courant de l’année 2020.

Une collaboration avec des théoriciens de structure nucléaire (théories ab initio) et des mécanismes de réaction offrira au candidat une opportunité d’approfondir ses connaissances théoriques.

La mesure de la production des quarks beauté dans des collisions PbPb au LHC avec le détecteur MFT

SL-DRF-20-0244

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Andry Rakotozafindrabe

Stefano PANEBIANCO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Andry Rakotozafindrabe
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

0169087482

Directeur de thèse :

Stefano PANEBIANCO
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

0169087357

Page perso : http://irfu.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=mwinn

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

Voir aussi : https://home.cern/science/experiments/alice

Le plasma de quarks et de gluons est un état extrême de la matière dans lequel, grâce à des températures de quelques centaines de MeV, les constituants des nucléons se trouvent déconfinés durant un temps suffisamment long pour que leur interaction avec le plasma soit mesurable.

Les conditions thermodynamiques de formation de ce plasma peuvent être reproduites dans des collisions d’ions lourds ultrarelativistes au LHC (CERN).

Le but de la thèse est de faire la première mesure auprès de l’expérience ALICE de la production de hadrons composés de quarks bottoms jusqu’à une impulsion transverse nulle dans des collisions Pb-Pb à partir de leur décroissance en résonance J/psi. Cette mesure ajoute une contrainte très importante sur la compréhension de l’état initial des collisions d’ions lourds et sur le transport des quarks lourds dans le plasma, notamment leur propriétés d’hadronisation.

La thèse proposée se structure d’abord autour de la mise en marche d’un nouveau détecteur silicium de grande précision, appelé Muon Forward Tracker, nécessaire pour la détection vers l’avant des paires de muons issus de la décroissance des J/psi. Dans une deuxième étape, l’analyse des premières données des collisions Pb-Pb qui seront accumulées en 2021 avec ce nouveau détecteur, permettra d’étudier la séparation entre les J/psi prompts produits lors des collisions de ceux issus de la décroissance des mesons B. Cette étude, inédite au sein de l’expérience ALICE, constitue un test très important des propriétés des quarks lourds dans le plasma de quarks et gluons.
Le processus de fission nucléaire à la lumière des rayons gamma prompts

SL-DRF-20-0339

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Thomas MATERNA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Thomas MATERNA
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169084091

Directeur de thèse :

Thomas MATERNA
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169084091

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

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=498

Bien que connue depuis plus de 80 ans, la fission nucléaire reste une thématique de recherche très active à la fois pour son aspect fondamental d’étude de la matière nucléaire que pour ses applications, dont l’énergie nucléaire.

Les rayons gamma prompts de fission permettent de sonder la structure et les propriétés des fragments émis durant le processus de fission. Leur utilisation offre dès lors un nouvel éclairage pour l’étude de ce processus. Elle permet notamment d’explorer des effets encore peu étudiés expérimentalement comme l’influence de la forme des fragments sur le processus de fission ou encore le partage de l’énergie d’excitation entre les fragments. D’autre part, la mesure des rayons gammas prompt de fission fournit également des données exploitables pour la simulation de l’échauffement gamma dans les réacteurs nucléaires.

Le travail de thèse consistera dans l’analyse des données d’un nouveau spectromètre gamma, FIPPS, installé auprès du réacteur de recherche de Grenoble. Ce spectromètre est composé d’un ensemble de détecteurs Germanium disposés autour d’une cible fissile placée dans un flux intense de neutrons thermiques. L’exploitation des résultats expérimentaux permettra à l’étudiant(e) de tester des modèles récents du processus de fission et de désexcitation des fragments.

Mesure de la production de quarks b dans les collisions PbPb au LHC avec le détecteur MFT

SL-DRF-20-1171

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Andry Rakotozafindrabe

Stefano PANEBIANCO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Andry Rakotozafindrabe
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

0169087482

Directeur de thèse :

Stefano PANEBIANCO
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

0169087357

Le plasma de quarks et de gluons est un état extrême de la matière dans lequel, grâce à des températures de quelques centaines de MeV, les constituants des nucléons se trouvent déconfinés durant un temps suffisamment long pour que leur interaction avec le plasma soit mesurable.

Les conditions thermodynamiques de formation de ce plasma peuvent être reproduites dans des collisions d’ions lourds ultrarelativistes au LHC (CERN).

Le but de la thèse est de réaliser la première mesure dans des collisions Pb-Pb auprès de l’expérience ALICE de la production de hadrons composés de quarks b jusqu'à une impulsion transverse nulle à partir de leur décroissance en résonance J/psi. Cette mesure ajoute une contrainte très importante à la compréhension de l'état initial des collisions d’ions lourds et au transport des quarks lourds dans le plasma, notamment leur propriétés d'hadronisation.

La thèse proposée se structure d’abord autour de la mise en marche d'un nouveau détecteur silicium de grande précision, appelé Muon Forward Tracker, nécessaire pour la détection vers l’avant des paires de muons issus de la décroissance des J/psi. Dans une deuxième étape, l'analyse des premières données des collisions Pb-Pb qui seront accumulées en 2022 avec ce nouveau détecteur, permettra d’étudier la séparation entre les J/psi prompts produits lors des collisions de ceux issus de la décroissance des mesons B. Cette étude, inédite au sein de l’expérience ALICE, constitue un test très important des propriétés des quarks lourds dans le plasma de quarks et gluons.
Recherche des noyaux en forme de poire dans les actinides : étude d’un nouveau mécanisme de production des actinides déficients en neutrons et développement d’un détecteur dédié à la spectroscopie laser des actinides

SL-DRF-20-0270

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Marine VANDEBROUCK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Marine VANDEBROUCK
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA


Directeur de thèse :

Marine VANDEBROUCK
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA


Comprendre les limites d’existence du noyau, et notamment sa limite en masse, est actuellement un des axes majeurs de recherche en physique nucléaire. L’étude des noyaux lourds, situés dans la partie haute de la carte des noyaux, bénéficie depuis peu d’une nouvelle approche expérimentale : la spectroscopie laser. Il s’agit d’une méthode issue de la physique atomique, qui permet de déduire les propriétés du noyau à partir de sa spectroscopie atomique, indépendamment des modèles nucléaires.

Dans cette région des noyaux lourds, les actinides déficients en neutrons présentent un intérêt particulier. En effet, plusieurs calculs théoriques prédisent des déformations octupolaires (forme de poire) prononcées.

L’objectif de la thèse est d’étudier les déformations octupolaires dans les actinides déficients en neutrons. La thèse s’effectuera en collaboration avec l’Université de Jyväskylä. La thèse se divise en deux parties : i) une expérience à Jyväskylä visant à étudier la production des actinides déficients en neutrons par un nouveau mécanisme de réaction, ii) le développement d’un détecteur qui permettra de coupler spectroscopie laser et spectroscopie retardée auprès de S3/LEB au GANIL-Spiral2.

 

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