Les sujets de thèses

9 sujets IRFU/DPhN

Dernière mise à jour : 17-11-2018


• Astrophysique

• Physique nucléaire

• Physique des particules

• Physique nucléaire

 

Caractérisation de systèmes binaires galactiques par ondes gravitationnelles

SL-DRF-19-0358

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Théorie Hadronique

Saclay

Contact :

Hervé Moutarde

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

Contact :

Hervé Moutarde

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Théorie Hadronique

33 1 69 08 73 88

Directeur de thèse :

Hervé Moutarde

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Théorie Hadronique

33 1 69 08 73 88

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/herve.moutarde/

Labo : http://irfu.cea.fr/

Voir aussi : http://www.cosmostat.org/people/jerome-bobin

En 2016, l’annonce de la première détection directe d’ondes gravitationnelles a ouvert une ère durant laquelle l’univers sera sondé d’une manière inédite. Simultanément, le succès complet de la mission LISA Pathfinder a validé certaines technologies retenues pour le projet LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Cet observatoire spatial serait constitué de trois satellites éloignés de 2.5 millions de kilomètres et permettrait la détection directe d’ondes gravitationnelles indétectables par les interféromètres terrestres. Son lancement est prévu par l’ESA pour 2034.



A la différence des observatoires au sol, sensibles à de rares signaux d’ondes gravitationnelles et soumis à un bruit de mesure dominant, un interféromètre spatial sera en permanence alimenté par un grand nombre de signaux distincts et caractérisés théoriquement à divers degrés de précision. Les estimations actuelles des quantités et types de source envisagent entre autres 60 millions de systèmes binaires galactiques émettant de manière continue, 10 à 100 signaux annuels provenant de trous noirs supermassifs, et de 10 à 1000 signaux annuels issus de systèmes binaires avec des rapports de masses très élevés.



Un des objectifs scientifiques de LISA est l’étude de la formation et de l’évolution des systèmes binaires galactiques : des naines blanches, mais aussi des étoiles à neutrons ou des trous noirs d’origine stellaires. Plusieurs systèmes binaires dits « de vérification » sont déjà identifiés comme sources d’ondes gravitationnelles détectables par LISA, et ce nombre devrait augmenter de manière significative grâce aux mesures collectées par le satellite Gaia et le télescope LSST.



LISA devrait permettre la caractérisation d’environ 25000 systèmes binaires galactiques. Les nombreux autres systèmes échappant à une détection individuelle formeront un fond stochastique, ou bruit de confusion. De plus, comme dans toute expérience, les données réelles seront soumises à un certain nombre de bruits et d’artefacts à prendre en compte pour optimiser le potentiel scientifique de la mission.



Le fil conducteur du travail proposé est une démonstration de la capacité scientifique et technique à traiter des données réelles de manière fiable et robuste. Les systèmes binaires galactiques constituent un excellent terrain d’essai. Ce type de signal est mesurable sur LISA, et sa forme pour un système individuel est bien connue d’un point de vue théorique. Néanmoins, extraire l’information d’intérêt astrophysique de ces signaux requiert de résoudre différents problèmes de traitement du signal tels que :

1. La séparation de plusieurs sources individuelles, apparaissant comme un spectre de raies, d’un fond stochastique.

1. La prise en compte de déviations inattendues (glitches) dans l’analyse de données à partir du retour d’expérience de LISA Pathfinder.

2. L’analyse à partir de données incomplètes, dues aux périodes d’interruption dans l’acquisition des données (maintenance, instabilités de sous-systèmes, etc.).

3. Le développement de méthodes d’analyse robustes vis-à-vis de bruits non gaussiens, ou non stationnaires, ou corrélés.



Il est attendu que ces différents éléments auront un impact important sur l’estimation des signaux d’ondes gravitationnelles. Dans ce cadre, ce travail de thèse consistera tout d’abord en l’étude de leur impact sur l’analyse, puis au développement de nouvelles méthodes inspirées de problèmes analogues en traitement d’image appliqué à l’astrophysique. Ces méthodes reposent sur la modélisation parcimonieuse des signaux. Celle-ci permet d’exploiter les différences de formes ou de morphologie entre ces signaux et le bruit pour la résolution de problèmes inverses. Le candidat adaptera les algorithmes tirant parti de cette diversité morphologique, les implémentera et analysera leur apport sur des données simulées réalistes associées à LISA, et si possible sur des données réelles d’interféromètres au sol.



Cet ensemble d’activités peut toutefois être amené à évoluer en fonction des avancées théoriques d’une part, et de la publication de nouvelles mesures d’autre part. Toutes ces activités peuvent conduire à des contraintes de dimensionnement de la mission, des outils ou méthodes de traitement des données. Ce sujet comporte une dominante de traitement du signal et de programmation soignée, mais son aspect pluridisciplinaire rend possible l’exploration de nombreux champs en fonction des opportunités scientifiques et de la durée impartie d’une thèse.

Synthèse des descriptions 3D du proton

SL-DRF-19-0359

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Théorie Hadronique

Saclay

Contact :

Hervé Moutarde

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

Contact :

Hervé Moutarde

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Théorie Hadronique

33 1 69 08 73 88

Directeur de thèse :

Hervé Moutarde

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Théorie Hadronique

33 1 69 08 73 88

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/herve.moutarde/

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=493

Voir aussi : http://partons.cea.fr/

L’étude expérimentale et théorique de la structure du nucléon en termes de ses constituants élémentaires, quarks et gluons, est un axe de recherches au cœur de programmes expérimentaux actuellement menés à Jefferson Lab (US) ou au CERN. C’est une des justifications majeures à la construction d’un futur collisionneur électron–ion (EIC). Cette thématique, au confluent de la relativité restreinte et de la mécanique quantique, bénéficie d’un cadre théorique (la Chromo Dynamique Quantique, QCD) bien établi, et de perspectives expérimentales bien définies. Les distributions de partons généralisées (GPD) et les distributions de partons dépendant de l’impulsion transverse (TMD) offrent un regard neuf sur le nucléon : elles donnent accès, pour la première fois, à des informations complémentaires en trois dimensions sur la structure du nucléon.



GPD et TMD sont deux facettes d’un objet plus général, la distribution de Wigner, qui est l’analogue quantique et relativiste de la fonction de distribution rencontrée par exemple en physique statistique. Ensemble, GPD et TMD ouvrent la voie à une description de l’espace des phases (positions et quantités de mouvement) accessible aux quarks et aux gluons à l’intérieur du nucléon. Jusqu’à aujourd’hui, les GPD et TMD ont été au centre de programmes de recherche actifs mais encore très largement indépendants du fait de la complexité de chacun de ces sujets.



Les GPD sont accessibles aux travers de certains processus exclusifs (toutes les particules dans l’état final sont détectées) tels que la diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) ou la diffusion de mésons profondément virtuelle (DVMP). Les TMD sont accessibles au travers d’autres processus, tels que la diffusion profondément inélastique semi-inclusive (SIDIS) ou le processus Drell-Yan (DY). Tous ces processus font l’objet d’études intenses, et certains d’entre eux ont déjà livrés des milliers d’observables dont l’analyse détaillée est en cours. Les recherches liées aux GPD et TMD sont arrivées à maturité expérimentale, théorique et technique, et sont à l’aube d’une ère de phénoménologie de précision.



Le candidat doctorant se concentrera sur la construction de nouveaux modèles de GPD et de TMD de nucléon reposant sur des hypothèses de modélisation communes, et procédera à la phénoménologie associée à ces modèles. Il évaluera l’apport à la description de la structure 3D du nucléon de cette première analyse commune des données expérimentales associées aux GPD et aux TMD.

1. Construction d’un modèle de GPD et TMD à partir de fonctions d’ondes sur le cône de lumière en s’appuyant sur la stratégie générale dite d’extension covariante. Une attention particulière sera accordée à la description du nucléon ou bien en termes d’un état lié d’un quark et d’un diquark, ou bien comme un état lié de trois quarks.

2. Calculs des différentes observables associées à ces GPD et TMD, au moins dans le cadre des processus DVCS et DY au moyen des codes PARTONS et ArTeMiDe , et comparaison aux données expérimentales existantes. Contraintes éventuelles sur les fonctions d’ondes utilisées pour construire les modèles de GPD et TMD.

3. Etude de la structure 3D du nucléon à partir des fonctions d’ondes sur le cône de lumière ainsi contraintes par les données expérimentales, en particulier structure en spin, énergie, quantité de mouvement, ou pressions longitudinale et transverse.



Cet ensemble d’activités peut toutefois être amené à évoluer en fonction des avancées théoriques d’une part et de la publication de nouvelles mesures d’autre part. Dans l’ensemble, il faut préciser que si ce sujet comporte une part de programmation soignée, l’essentiel de l’effort portera sur la physique. En effet, la majeure partie de l’activité informatique sera traitée par un informaticien professionnel travaillant dans le cadre de l’infrastructure d’accès virtuel 3DPartons financée par l’Union Européenne de 2019 à 2023 dans le cadre de la proposition STRONG-2020. Ceci permettra de concentrer les efforts du candidat doctorant sur la modélisation, l’analyse physique et l’interprétation des résultats.



ETUDE DE LA PRODUCTION DE QUARKONIA PROMPT DANS LES COLLISIONS PROTON- PROTON AU LHC AVEC ALICE

SL-DRF-19-0328

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

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe ALICE

Saclay

Contact :

Javier CASTILLO

Andrea Ferrero

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

Contact :

Javier CASTILLO

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169087255

Directeur de thèse :

Andrea Ferrero

CEA - DRF/IRFU/SPhN

0169087591

Labo : http://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=4190

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

Quelques microsecondes après le Big Bang l’Univers se trouvait dans un état de plasma de quarks et de gluons (QGP). Cet état, prédît par la Chromodynamique Quantique, la théorie de l’interaction forte, est atteint pour des températures ou des densités d’énergie très élevées, telles que celles atteintes dans les collisions d’ions lourds ultra-relativistes au LHC au CERN. L’étude de la production des quarkonia, états liés de quarks lourds (charme c-cbar ou beauté b-bbar), est particulièrement pertinente pour comprendre les propriétés du QGP.



Les quarkonia sont des particules rares et lourdes produites aux premiers instants de la collision, avant la formation du QGP. Ceci en fait des sondes idéales du QGP. En le traversant, l’énergie de liaison de la paire quark/anti-quark serait écrantée par le champ de couleur des nombreux quarks et gluons du QGP, et les quarkonia peuvent être dissociées (suppression des quarkonia). Différents états quarkonia ayant différentes énergies de liaison, la probabilité de dissociation de chaque état sera différente (suppression séquentielle). De plus, si le nombre initial de paires quark/anti-quark est élevé, et si les quarks lourds thermalisent dans le QGP, alors des nouveaux quarkonia peuvent être crées par le QGP par recombinaison de quarks lourds. C’est le mécanisme de régénération. Au LHC, Upsilon (b-bbar) et J/psi (c-cbar) sont complémentaires, les premiers sont plus aptes pour étudier la suppression séquentielle, alors que les seconds permettent d’étudier la régénération (création de quarkonia par recombinaison des quarks du QGP). Les quarkonia sont mesurées à travers leur désintégration en paires de muons, qui sont reconstruits par le spectromètre a muons de l’expérience ALICE.



Suite à la prise des données du Run1 et Run2, le détecteur d’ALICE sera amélioré pour augmenter le taux d’interaction de 8 kHz a 50 kHz pour les collisions Pb-Pb. En combinaison avec un nouveau mode d’acquisition continu (sans déclenchement), cela permettra pendant le Run 3 et 4 d’enregistrer une statistique de collisions d’ions lourds d’environ 100 fois supérieure à celle du Run 1 et 2. Dans le cadre de l’étude du Quarkonia, il sera possible de mesurer la suppression et régénération du J/psi avec une bien meilleure précision statistique, mais aussi d’étudier des états quark-antiquark plus rares. La présence d’un nouvel télescope de détecteurs au silicium (MFT) situé en amont du spectromètre à muons permettra de séparer les contributions des J/psi prompt et non-prompt (résultant de la désintégration d’hadrons B).



Nous proposons d’étudier la production des quarkonia prompt dans les collisions proton-proton, avec les premières données enregistrées au taux d’interaction de 50 kHz. Dans les collisions Pb-Pb la séparation des J/psi prompt et non-prompt est importante pour différentier les effets du QGP agissant sur les quarks c de ceux sur le quark b. Dans les collisions p-p, outre le fait de fournir la référence nécessaire pour les études en Pb-Pb, cela permet une comparaison rigoureuse avec les modèles de production de quarkonia. Ce travail d’analyse nécessitera la familiarisation de l’étudiant(e) avec les nouveaux outils de travail de la grille de calcul et les nouveaux codes de simulation, reconstruction et analyse de la collaboration ALICE. En particulier, l’étudiant(e) participera activement au développement du nouveau code de reconstruction et d’analyse online/offline, ainsi que à la mise au point des upgrades du détecteur d’ALICE.

Etude de la nature du neutrino par la détection d'événements double-beta dans l'expérience PandaX-III

SL-DRF-19-0265

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

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe COMPASS

Saclay

Contact :

Damien NEYRET

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

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. Un phénomène naturel nouveau devrait alors apparaître pour quelques rares noyaux atomiques: 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 PandaX-III consiste à mesurer la cinématique d'événements rares 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 avec neutrinos, 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 de type Microbulk. La TPC devra fonctionner sous une pression pouvant aller jusqu'à 10 bar. Cette expérience prendra place dans le laboratoire souterrain de Jinping (province du Sichuan, Chine), qui possède un des plus faibles taux de rayons cosmiques résiduels au monde. Une excellente résolution en énergie, et une bonne reconstruction de la topologie des événements seront primordiales afin de séparer le signal des différents bruits de fond. Une excellente pureté radiologique du dispositif expérimental est nécessaire afin de limiter l’impact des bruits de fond gamma. Une première chambre TPC de 150 à 200 kg de Xénon sera installée vers le début de 2020, pour arriver à une masse totale de 1 tonne avec 5 chambres TPC dans les années suivantes.



Au sein des équipes de l'IRFU (DPhN et DEDIP, Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique) le doctorant participera aux évaluations des performances des détecteurs Microbulk et de leur électronique de lecture. Il prendra part à la R&D menée pour atteindre une résolution en énergie de 1% à 2,5 MeV sur plusieurs types de détecteurs Micromegas. Ce travail se fera en collaboration avec nos partenaires des universités de Saragosse et de Shanghai. Il inclura le suivi et l'évaluation des performances des différents prototypes et de leur électronique, en particulier en terme de résolutions en énergie et spatiale. En parallèle à ces travaux, l'étudiant participera au développement des algorithmes de reconstruction des données de la TPC dans le but de préparer les travaux d'analyse des premières prises de données de l'expérience. Le but de ces développements est de pouvoir mesurer et caractériser les événements double-bêta (énergie, cinématique, topologie de l'événement) et les reconnaitre des bruits de fond gammas afin de réduire l'impact de ce bruit de fond d'un facteur 100. 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. L'étudiant participera ensuite à la mise en œuvre de l'analyse des premières données de l'expérience PandaX-III à partir de mi 2020, afin de poser une première limite sur la présence de processus de désintégration double-bêta sans émission de neutrino.

RECHERCHE DE NEUTRINO STERILE ET MESURE DE LA DIFFUSION COHERENTE DE NEUTRINOS AUPRES DES REACTEURS NUCLEAIRES

SL-DRF-19-0035

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

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe MNM

Saclay

Contact :

David LHUILLIER

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

Contact :

David LHUILLIER

CEA - DSM/IRFU/SPhN/MNM

01 69 08 94 97

Directeur de thèse :

David LHUILLIER

CEA - DSM/IRFU/SPhN/MNM

01 69 08 94 97

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=4248

La thématique de la thèse proposée est la physique des neutrinos émis par les réacteurs nucléaires. Une première partie du travail portera sur l’analyse des données de l’expérience STEREO qui a pour but de tester l’existence d’un neutrino stérile de masse autour de 1 eV. L’hypothèse de cette particule fait suite à des travaux de l’Irfu sur la prédiction des spectres neutrinos de réacteurs et sa comparaison avec les données existantes. STEREO est installée auprès du réacteur de recherche de l’ILL à Grenoble. L’analyse menée pendant la thèse cumulera toutes les données jusqu’à la fin d’exploitation du détecteur prévue en 2020 afin d’atteindre la sensibilité finale dans la recherche du neutrino stérile. L’existence d’une telle particule serait une découverte majeure et cette analyse s’inscrira dans le cadre d’un programme expérimental mondial porté par 6 expériences en cours. STEREO fournira également à la communauté un spectre de référence provenant exclusivement des fissions de 235U, permettant un test complémentaire des prédictions de spectres neutrinos.

Ce travail d’analyse sera complété par un travail instrumental lié à la mise en route de l’expérience Nu-Cleus. L’objectif est la détection de la diffusion cohérente des neutrinos auprès de la centrale nucléaire de Chooz, à l’aide d’un bolomètre avec un seuil de détection extrêmement bas (~10 eV) pour détecter les faibles reculs nucléaires induits par les neutrinos. La validation de cette technologie ouvrirait des nombreuses perspectives: tests du modèle standard et recherche de nouvelle physique à basse énergie, rayons de neutrons des noyaux, application à la surveillance des réacteurs. Le travail de thèse s’inscrira dans l’effort de déploiement sur site et en particulier l’étude des blindages pour la réjection des bruits de fond liés au rayonnement cosmique, principale limitation de la mesure. Ce travail offre une formation très complète de physicien expérimentateur ainsi qu’une approche très transverse de plusieurs domaines de physique : nucléaire, particule, cosmologie.

Étude et construction de détecteurs Micromegas pour l'expérience sPHENIX au Brookhaven National Laboratory et mesure de la production de Bottomonium dans des collisions d'ions lourds relativistes

SL-DRF-19-0278

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

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe ALICE

Saclay

Contact :

Hugo PEREIRA DA COSTA

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

Contact :

Hugo PEREIRA DA COSTA

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169087308

Directeur de thèse :

Hugo PEREIRA DA COSTA

CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169087308

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

Le sujet de thèse de doctorat proposé consiste en l'étude et la construction de détecteurs Micromegas pour équiper la Chambre à Projection Temporelle (TPC) de sPHENIX. Les détecteurs doivent fournir une résolution spatiale suffisante pour permettre la mesure précise de l'impulsion des particules chargées. Par ailleurs ils doivent minimiser la présence de charges électriques positives (ions) dans le volume de la TPC. Ces charges peuvent en effet susciter des distorsions locales du champ électrique dans la TPC et détériorer sa capacité à reconstruire la trajectoire des particules.



Les détecteurs Micromegas sont des détecteurs gazeux à plaques parallèles constituées de deux étages: (1) un étage de dérive coïncidant avec le volume de la TPC et (2) un étage d'amplification situé entre le circuit imprimé qui collecte le signal et une micro-grille. Le champ électrique présent dans l'espace d'amplification est très élevé, donnant lieu à un phénomène d'avalanche lorsqu'y pénètre un électron. Les ions résultant de cette avalanche sont ceux responsables de possibles distorsions du champ électrique dans la TPC. Le travail de l'étudiant(e) consistera à étudier la possibilité d'ajouter une ou plusieurs micro-grilles au dessus de la micro-grille d'amplification de façon à capturer ces ions avant qu'ils n'entrent dans l'espace de dérive. Cela nécessitera de construire et caractériser plusieurs détecteurs prototypes de taille réduite, d'en simuler les propriétés précises, puis de tester ces détecteurs {\em in situ}.



En ce qui concerne une analyse de données expérimentales, l'étudiant(e) se concentrera sur l'étude de la production de bottomonium dans des collisions d'ions lourds, basée sur les données collectées par ALICE pendant le Run-2 du LHC (2015-2018). Les analyses possibles incluent: l'étude de la production de bottomonium en fonction de la multiplicité des évènements dans des collisions proton-proton, proton-plomb et plomb-plomb; la mesure du facteur de modification nucléaire ou encore la mesure du flot elliptique. De telles études sont complémentaires de celles qui seront réalisées dans l'avenir sur sPhenix.

Corrélations de courte portée dans les noyaux exotiques

SL-DRF-19-0311

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Anna CORSI

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

Contact :

Anna CORSI

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 7554

Directeur de thèse :

Anna CORSI

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Structure Noyau

01 69 08 7554

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/acorsi/

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=487

Le noyau atomique est un système quantique de fermions corrélés, les protons et les neutrons. Ceux-ci peuvent s’apparier à très courte distance (~1 fm, bien inférieure à leur distance moyenne), où l’interaction nucléaire devient fortement répulsive et est moins bien connue. Ces configurations, dites corrélations de courte portée, nous donnent une occasion unique pour étudier ce régime en laboratoire, d’autant plus qu’il est particulièrement critique car à la transition entre une description du noyau en termes de protons/neutrons et de quarks/gluons. Des mesures pour caractériser les corrélations de courte portée ont été effectuées dans les noyaux stables, mais la technique de mesure utilisée actuellement ne permet pas d’étudier les noyaux instables, où le déséquilibre entre neutrons et protons peut affecter ces corrélations. Une nouvelle technique qui consiste à envoyer le noyau à étudier sur une cible de proton est envisagé.

Le/la candidat(e) analysera des données issues de la première expérience de test avec des faisceaux stables, qui a été effectuée à l’institut JINR de Dubna (Russie) au printemps 2018. Il/Elle sera ensuite fortement impliqué(e) dans la préparation et la réalisation du programme porté par le groupe avec des faisceaux radioactifs produits par l'accélérateur de GSI (Allemagne) et une cible d’hydrogène liquide que nous développons actuellement grâce à un financement de l’ANR.

Parallèlement au programme expérimental, il/elle effectuera des simulations pour définir un nouveau système de détection basé sur le « tracking » des particules chargées dans un champ magnétique. Ce système permettra d’augmenter l’acceptance pour l’identification et la mesure du moment de ces particules lors des expériences futures à GSI(Allemagne).

L’analyse des données et les simulations seront effectuées à l’aide des logiciels ROOT et Geant4, respectivement, basés sur le langage de programmation C++ et employés de routine en physique nucléaire et subnucléaire. La thèse se déroulera au CEA Saclay en collaboration étroite avec MIT (USA) et TU Darmstadt (Allemagne). Un séjour de longue durée à Darmstadt est envisagé.

Etude de l'evolution de la forme quantique des noyaux exotiques

SL-DRF-19-0068

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Structure Noyau

Saclay

Contact :

Wolfram KORTEN

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

Contact :

Wolfram KORTEN

CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

+33169084272

Directeur de thèse :

Wolfram KORTEN

CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

+33169084272

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

Labo : http://irfu.cea.fr/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 2019. 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.

Hypernoyaux et rayonnement cosmique. Extension d’un modèle de réaction nucléaire pour un traitement cohérent.

SL-DRF-19-0334

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPHN)

Groupe Spallation

Saclay

Contact :

Jean-Christophe DAVID

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

Contact :

Jean-Christophe DAVID

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Spallation

0169087277

Directeur de thèse :

Jean-Christophe DAVID

CEA - DRF/IRFU/SPhN/Spallation

0169087277

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

Labo : http://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=186&id_unit=7

Les réactions nucléaires mettant en jeu une particule légère et un noyau avec des énergies de l’ordre du GeV se rencontrent dans divers domaines et sont à l’origine de nombreuses études. On peut citer la transmutation des déchets nucléaires, l’hadronthérapie, les sources de neutrons, les sources d’ions radioactifs, les problématiques de radioprotection (accélérateurs/espace), l’origine et le devenir de corps comme les météorites. Ces études nécessitent des codes de calcul pour simuler ces réactions. C’est un de ces codes que nous développons à l’Irfu/DPhN.



Notre code, INCL (IntraNuclear Cascade Liège), est développé depuis une vingtaine d’années avec l’université de Liège. Il est reconnu pour ses performances et a été implanté dans des codes de transport (Geant4, Phits, MCNPX). Jusqu’en 2011 son domaine d’utilisation s’étendait de ~100 MeV à 2-3 GeV. Il a été étendu jusqu’à 10-20 GeV par l’ajout de la production multiple de pions. Cette extension vers de plus hautes énergies a récemment été améliorée par l’ouverture au secteur étrange (K, Lambda, Sigma). Ceci avait non seulement pour but de raffiner la description des réactions au-delà de 2-3 GeV, donc de mieux couvrir le spectre du rayonnement cosmique (piqué vers le GeV), mais aussi de modéliser la production d’hypernoyaux, dont les études connaissent un regain d’intérêt auprès de différentes installations (FAIR, JPARC, JLab).



Nous voulons encore élargir le champ d’utilisation du code. INCL est aujourd’hui capable de traiter les nucléons, pions et Kaons comme projectiles, aussi nous prévoyons, et c’est le sujet de cette thèse, d’ajouter les sondes électromagnétiques et les antiprotons. La sonde électromagnétique permettra dans le cas des hypernoyaux, avec l’électron, de nous confronter aux mesures de JLab, et, en ce qui concerne le rayonnement cosmique, d’avoir un outil capable d’étudier les effets des muons pénétrant plus en profondeur la structure des planètes que les neutrons. Les interactions des antiprotons avec les corps tels que les météorites devraient être intéressants à étudier. Avoir les antiprotons sera également utile pour la production d’hypernoyaux, car de telles expériences sont prévues à FAIR. Des données ayant déjà été prises à LEAR au Cern avec des antiprotons, de nouveaux tests pourront être faits rapidement. Enfin, la prise en compte de la production de la particule Ksi pourra aussi être intéressante, car des hypernoyaux S=-2 (doublement étrange) seront produits par son biais à FAIR et JPARC.



Le travail de thèse sera donc l’implantation de ces nouvelles particules dans le code INCL. Une compréhension du mécanisme d’interaction de ces nouveaux projectiles avec les nucléons et le noyau sera un préalable à la mise en œuvre dans le code, suivie d’une série de tests pour définir la fiabilité du modèle. Une solide formation en physique hadronique, physique nucléaire et en C++ est donc requise. La nouvelle version d’INCL sera alors mise à disposition dans le code Geant4. D’ailleurs, l’étudiant(e) sera membre de la collaboration Geant4. Un autre interlocuteur privilégié sera Ingo Leya, de l’Université de Berne, spécialiste des interactions du rayonnement cosmique avec les corps interstellaires.

 

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