Les sujets de thèses

3 sujets IRFU/DEDIP

Dernière mise à jour : 19-07-2019


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• Physique des particules

 

Amélioration du spectromètre a muons et physique du boson Z dans ATLAS

SL-DRF-19-0671

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Fabrice Balli

Esther FERRER RIBAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Fabrice Balli

CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

+33169081715

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS

CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169083852

Labo : http://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=2225&id_unit=537

Voir aussi : http://irfu.cea.fr/Pisp/esther.ferrer-ribas/

ATLAS, une expérience majeure du LHC, commence sa préparation en vue de l’augmentation de la luminosité prévue pour le Run3 et le HL-LHC. Le travail consistera dans un premier temps à réaliser l’analyse de données de qualification des nouveaux détecteurs à muons qui intégreront l’expérience dès 2020. La thèse se poursuivra par une mesure dans le domaine de la physique de précision du boson Z avec les données d’ATLAS.



La première année, l’étudiant se focalisera sur l’analyse des données cosmiques du banc de test pour un futur détecteur d’ATLAS au LHC, la nouvelle petite roue (NSW). Ce détecteur est de type Micromégas et devrait être installé à partir de 2020. Ces nouveaux modules sont nécessaires pour suivre l’amélioration des performances de l’accélérateur LHC attendue à l’horizon 2020, en termes de luminosité et de flux de particules produites. Les détecteurs Micromegas, pour MICRO MEsh GAseous Structure, sont des détecteurs de particules gazeux, issus du développement des chambres à fils, mais permettant un fonctionnement à haut flux et une construction simplifiée utilisant des procédés issus de la technologie des circuits imprimés. Inventés en 1992 par Georges Charpak et Ioannis Giomataris, les détecteurs Micromegas sont utilisés principalement en physique expérimentale (physique des particules, physique nucléaire, astrophysique, etc.) mais également pour des projets d’imagerie de grandes structures ou des objets denses avec des rayons cosmiques. Le travail consistera à valider les modules par l’analyse des données sur le banc cosmique de Saclay et à la participation des faisceaux tests au CERN.

Pour les deux autres années de thèse, le sujet est centré autour de la physique de précision électrofaible dans ATLAS. Le but est de mesurer avec la meilleure précision possible l’angle de mélange électrofaible, ainsi que la masse du boson Z, en exploitant les données du Run2 (et éventuellement du Run3). Le canal exploré est celui du boson Z se désintégrant en une paire de leptons muon-antimuon. L’étudiant devra travailler sur la calibration des muons en utilisant le J/Psi comme référence, et devra aussi, par des ajustements astucieux, réduire les incertitudes liées aux fonctions de structure du proton (PDFs). Ces mesures devraient amener à une amélioration sensible du fit électrofaible et ainsi contraindre le Modèle Standard, ainsi que la physique au-delà du Modèle Standard, de façon significative.



Développement d’un nouvel instrument de tomographie muonique pour les applications sociétales

SL-DRF-19-0246

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

David ATTIÉ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

David ATTIÉ

CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

(+33)(0)1 69 08 11 14

Directeur de thèse :

David ATTIÉ

CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

(+33)(0)1 69 08 11 14

Voir aussi : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900217308495

La tomographie muonique, ou muographie, consiste à utiliser les muons cosmiques pour imager des objets en profondeur. Ces muons très énergétiques, produits dans les gerbes de particules issues de l'interaction entre le rayonnement cosmique et l'atmosphère, sont en effet capables de traverser plusieurs centaines de mètres de roche avant d’être absorbés. Les progrès considérables réalisés ces dernières années sur les détecteurs de particules (résolution spatiale, robustesse, électronique associée, etc.) ont récemment suscité un vif intérêt pour la muographie dans de très nombreuses disciplines.



Un premier prototype de télescope à muons a été réalisé et testé en 2015 en utilisant des détecteurs gazeux à micro-pistes (Micromegas) et un système breveté de multiplexage. L'année suivante, trois télescopes à muons ont été déployés autour de la Pyramide de Khéops en Egypte, démontrant leur robustesse dans des conditions extrêmes (température, poussière, etc.). Leur détection du "ScanPyramids Big Void" en combinaison des instruments Japonais situés dans la pyramide constitue une première mondiale pour des télescopes à l'extérieur.



De ces développements successifs sont apparus de forts intérêts de la part d'industriels et de scientifiques pour cette technologie. Mais à l’instar des télescopes optiques, les instruments développés actuellement sont assez directionnels et relativement peu compacts. Une alternative élégante consiste à utiliser une chambre à projection temporelle (TPC) qui permet de reconstruire les trajectoires de manière plus précise et presque isotrope.



L’objectif de cette thèse est donc de concevoir, réaliser, et tester en conditions réelles un tel instrument. L’un des enjeux majeurs concerne l’autonomie de la TPC, en particulier sa consommation en gaz, mais aussi sa stabilité de fonctionnement en extérieur. Une TPC scellée ou semi-scellée avec un système de purification du gaz, transportable, et résistante aux variations environnementales constituerait une avancée majeure à la fois en muographie mais plus généralement pour les détecteurs gazeux.



L’étudiant(e) sera ainsi amené(e) à couvrir un large spectre d’activités (conception, intégration, caractérisation de détecteurs, électronique, analyse de données, simulation, etc.) lui permettant d’acquérir des compétences dans de multiples domaines de la physique expérimentale. La taille réduite de l’équipe (environ 6 personnes) assurera également à l’étudiant(e) une grande visibilité dans son travail.

Vers un detecteur pixel à haute resolution spatiale pour l'identification de particules: contribution de nouveaux détecteurs à la physique

SL-DRF-19-0266

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

Paul COLAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Nicolas FOURCHES

CEA - DRF/IRFU/SEDI/DEPHYS

Directeur de thèse :

Paul COLAS

CEA - DSM/IRFU/SPP/ILC

0169086155

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

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

 

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