PDF
Analyse des données sur la réaction de fission thermique de l’U-233 avec le spectromètre gamma FIPPS
Data analysis from FIPPS gamma-ray spectrometer on the thermal fission of U-233

Spécialité

Physique nucléaire

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

17/03/2022

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Materna Thomas
+33 1 69 08 40 91

Résumé/Summary
L’étude des rayons gamma émis par les fragments de fission permet de sonder les propriétés les plus fondamentales du processus de fission mais aussi de produire des données importantes pour les simulations des réacteurs nucléaires. L’objet du stage est de traiter les premières mesures réalisées avec une cible active d’U-233 sur le nouveau spectromètre FIPPS de l'ILL à Grenoble.
Studying the gamma-rays emitted by fission fragments is a way to reveal the main properties of the fission process but it gives access as well to important data for nuclear reactor simulations. The internship purpose is to analyze the first experiment performed with a U-233 target on the new FIPPS spectrometer of the ILL at Grenoble.
Sujet détaillé/Full description
Au sein de l’Irfu, notre laboratoire étudie expérimentalement la réaction de fission avec notamment des spectromètres de haute précision installés sur le réacteur à haut flux de Grenoble. Notre objectif est d’améliorer les modèles de fission et de désexcitation des fragments dans le cadre des simulations des réacteurs nucléaires mais aussi d'explorer des effets peu étudiés expérimentalement, comme l’influence de la forme des noyaux sur le processus de fission, la répartition des spins entre les deux fragments ou encore l’origine des grandes valeurs de spin des fragments de fission.

Ce stage s’inscrit dans l’étude que nous menons pour décrire les propriétés du processus de fission à l’aide des rayons gamma prompts émis par les fragments. L’étudiant(e) participera à l’analyse des dernières campagnes de mesure effectuées avec le nouveau spectromètre FIPPS installé auprès du réacteur de recherche de Grenoble (ILL). FIPPS est constitué d’un grand nombre de détecteurs de rayons gamma entourant une cible fissile placée dans un flux intense de neutrons thermiques. L’étudiant(e) sera en charge du traitement des données brutes provenant de la cible active d’U-233 et des sources de calibration. Une partie du travail consistera à valider les calibrations en efficacité avec des simulations sous GEANT4.

De bonnes connaissances en physique nucléaire et un attrait marqué pour l’expérimentation et l’analyse des données sont indispensables. L’analyse des données s’effectuera avec un code développé en C++ et basé sur ROOT. Ce stage requière de très bonnes compétences en programmation. Une connaissance du logiciel de simulation Geant4 et de l’environnement ROOT est un atout sans être une obligation.
Our lab at IRFU performs experimental studies on the nuclear fission reaction with, in particular, high-resolution spectrometers installed at the high-flux reactor of Grenoble. Goals are to improve fission models and description of the fragment de-excitation process used in simulation codes for nuclear reactor design but also to explore experimentally less-studied areas like the influence of the nuclear shapes on the fission process, the repartition of angular momentum between the two fragments or the origin of high spins in fission fragments.

The proposed internship is linked to our study on the properties of the fission process by using the gamma rays emitted by fission fragments. The student will participate to the data analysis of the first experiment campaigns performed with the new FIPPS spectrometer installed at the research reactor of Grenoble (ILL). FIPPS is made of a large array of gamma-ray detectors placed around a fissile target that is irradiated with an intense thermal neutron flux. The student will be in charge of processing data taken with an active U-233 target and from calibration sources. Part of the work will consist in the validation of the spectrometer calibration with GEANT4 simulations.

A good background in nuclear physics and a pronounced interest for experimental work and data analysis is essential. Data analysis will be performed with in-house software developed in C++ and based on ROOT. This internship requires strong programming skills. Knowledge of Geant4 simulation software and the ROOT environment is an asset but not an obligation.
Mots clés/Keywords
spectroscopie gamma, fission nucléaire, physique des réacteurs
gamma-ray spectrocopy, nuclear fission, reactor physics
Compétences/Skills
- Spectroscopie gamma avec des détecteurs Germanium et analyse des spectres. - Traitement de larges quantités de données multidimensionnelles. - Programmation en C++ avec l'environnement, les librairies ROOT (CERN). - Simulation des détecteurs avec le code GEANT4.
- Gamma-ray spectroscopy with HPGe detectors and analysis of gamma-ray spectra. - Processing of large multidimensional datasets. - Programming in C++ using ROOT (CERN) libraries. - Simulation of the spectrometer with Geant4.
Logiciels
C++, ROOT, Geant4
PDF
Développement d'un détecteur MicroMEGAS 2D léger pour la trajectographie des particules chargées au collisionneur électron-ion (EIC)
Development of a light 2D MicroMEGAS detector for charged particle tracking at the Electron Ion Collider (EIC)

Spécialité

Physique nucléaire

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/04/2022

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

BOSSU Francesco
+33 1 69 08 86 23

Résumé/Summary
L'objectif principal du stage est la caractérisation des prototypes MicroMEGAS avec différentes conceptions de lecture 2D. Les résultats de ce stage permettront de décider le design final des détecteurs qui seront construits pour les expériences à l’EIC.
The main objective of the internship is the characterization of MicroMEGAS prototypes with different 2D readout designs. The results of the internship will drive the decision of the final design for the detectors that will be built for the EIC experiments.
Sujet détaillé/Full description
Les collisions profondément inélastiques d'électrons avec des protons constituent le moyen le plus propre d'étudier la structure interne des nucléons et des noyaux. L'installation de nouvelle génération qui nous permettra d'étudier les propriétés des constituants fondamentaux de la matière, c'est-à-dire les quarks et les gluons, est le collisionneur électron-ion (EIC). C'est un collisionneur à haute luminosité et à haute énergie qui sera construit au Brookheaven National Laboratory (BNL). À l'EIC, la grande précision requise dans la reconstruction des particules générées dans chaque collision e-p demande des exigences strictes sur les choix technologiques du détecteur. En particulier, la reconstruction des électrons et des photons, observables clés à l'EIC, impose de minimiser la quantité de matière que ces particules doivent traverser afin de réduire les diffusions multiples, les pertes d'énergie radiative et les effets de conversion.
Les MicroMEGAS (MM) sont des détecteurs gazeux légers à granularité élevée qui ont été développés et largement utilisés par le CEA-Saclay dans des expériences de physique nucléaire et de physique des particules dans le monde entier, comme COMPASS et ATLAS au CERN et CLAS12 au Jlab. Pour le détecteur EIC, un ensemble de couches cylindriques de tuiles MM a été proposé pour compléter le vertex tracker en silicium comme solution à bas coût pour couvrir de grandes surfaces. La technologie MM proposée est basée sur le Barrel MicroMEGAS Tracker de l'expérience CLAS12, mais avec la capacité de fournir une information bidimensionnelle de la position du passage de la particule chargée.
L’objectif principal de l’R&D en cours est l'optimisation du design du plan de lecture des détecteurs afin d'obtenir les meilleures résolutions possibles dans les deux dimensions, tout en minimisant le nombre de canaux de lecture et l’épaisseur des matériaux utilisés. Il est prévu que plusieurs solutions différentes soient construites dans de petits prototypes.
Le but du stage proposé est la caractérisation de la résolution spatiale des différents prototypes en utilisant des rayons cosmiques et des sources radioactives. Un télescope à muons sera utilisé pour reconstruire précisément la trajectoire des rayons cosmiques qui traverseront les prototypes testés. L'étudiant(e) sera en charge de la prise de données avec le télescope à muons et de l'analyse des données recueillies. La comparaison des performances des différents types de lecture sera utilisée pour proposer la meilleure solution de design des MM pour le détecteur EIC. L'analyse des données sera effectuée à l'aide du logiciel ROOT, l'outil standard pour les analyses de données en physique nucléaire et des particules, et de Python. La plupart des logiciels sont déjà disponibles et avec la supervision du personnel du DPhN (Département de physique nucléaire) et du DEDIP (Département* ), l'étudiant(e) pourra se plonger rapidement dans le projet.
Ce projet de R&D est réalisé en collaboration avec une équipe du BNL. L'étudiant(e) pourra discuter de ses résultats dans des réunions internationales au sein de la collaboration EIC.
Deep inelastic collisions of electrons off protons are the cleanest way to investigate the inner structure of nucleons and nuclei. The next generation facility that will allow us to study the properties of the fundamental blocks of matter, i.e. the quarks and gluons, is the Electron Ion Collider (EIC), a high-luminosity high-energy collider set to be built at the Brookheaven National Laboratory (BNL). At the EIC, the high precision required in the reconstruction of the particles generated in each e-p collision directly imposes strict requirements on the detector technology choices. In particular, the reconstruction of electrons and photons, key observables at the EIC, imposes the minimization of the amount of material that these particles have to traverse in order to reduce multiple scattering, radiative energy loss and conversion effects.
MicroMEGAS (MM) are light-weight high-granularity gaseous detectors that have been developed and extensively used by CEA-Saclay in nuclear and particle physics experiments around the world, such as COMPASS and ATLAS at CERN and CLAS12 at Jlab. For the EIC detector, a set of cylindrical layers of MM tiles has been proposed to complement the silicon vertex tracker as a cost-effective solution for covering large surfaces. The proposed MM technology is based on the Barrel MicroMEGAS Tracker of the CLAS12 experiment, but with the ability to provide a two dimensional information of the position of the charger particle crossing.
The main focus of the ongoing R&D effort is, therefore, the optimization of the MM signal readout design to achieve the best possible resolutions on both dimensions, while minimizing the number of readout channels and the total material budget of each detector. It is planned that several different solutions will be implemented in small prototypes.
The proposed internship goal is the characterization of the spatial resolution of the various prototypes using cosmic rays and radioactive sources. A muon telescope will be used to precisely reconstruct the direction of cosmic rays that will cross the prototype under test. The student will be in charge of the data taking with the muon telescope and the analysis of the collected data. The comparison of the performance of the various types of readout will be used to refine the MM design for the EIC detector. The data analysis will be performed using the ROOT framework, the standard tool for nuclear and particle physics data analyses, and Python. Most of the software is already available and with the supervision of the DPhN (Department of Nuclear Physics) and DEDIP (Department of Electronics, Detector and Information technology) staff, the student will be able to quickly dive into the project.
This R&D project is done in collaboration with a team at BNL. The student will be able to discuss her/his results within international meetings.
Mots clés/Keywords
Physique des particules, détecteurs, R&D
Particle physics, detectors, R&D
Compétences/Skills
Cinématique relativiste, programmation, simulations Monte-Carlo
Relativistic kinematics, programming, Monte Carlo simulations
Logiciels
Python, C++
PDF
Développement d’un détecteur cryogénique de rayons gamma pour la calibration précise des bolomètres destinés à l’étude de la diffusion cohérente neutrino-noyau.
Development of a cryogenic gamma ray detector for the precise calibration of bolometers used in the study of the coherent neutrino-nucleus scattering.

Spécialité

Physique nucléaire

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

17/03/2022

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

LHUILLIER David
+33 1 69 08 94 97

Résumé/Summary
Le travail proposé consiste à développer et tester un détecteur pour des gamma de 5 à 10 MeV. Il devra fonctionner dans un cryostat à 0.02 °K. Ce détecteur servira à la calibration à très basse énergie (100 eV) de bolomètres utilisés pour l'étude de la diffusion cohérente neutrino-noyau.
The proposed work consists in developing and testing a detector for gamma rays of 5 to 10 MeV. It will have to operate in a cryostat at 0.02 °K. This detector will be used for the calibration at very low energy (100 eV) of bolometers used for the study of coherent neutrino-nucleus scattering.
Sujet détaillé/Full description
La détection de dépôts d’énergie aussi bas que quelques dizaines d’eV est depuis peu accessible avec des bolomètres (détecteurs cryogéniques refroidis à 0.02°K) d’un volume de l’ordre du cm3. En assemblant un nombre raisonnable de ces détecteurs une masse totale de l’ordre de 100 g peut ainsi être constituée et offrir une sensibilité unique pour la recherche de la matière noire légère ou l’étude de la diffusion cohérente des neutrinos. La signature des processus recherchés est en effet très ténue : un seul noyau recule dans le cristal du détecteur, avec une énergie cinétique de typiquement une centaine d’eV. Même si les bolomètres sont capables de capter un tel signal la caractérisation de leur réponse (calibration, linéarité) dans cette gamme d’énergie reste inexplorée. Les techniques habituelles de calibration sont en effet limitées aux énergies supérieures au keV. Le projet CRAB [1] (Calibrated Recoils for Accurate Bolometry) propose une nouvelle méthode qui a le potentiel de combler cette lacune et de fournir aux bolomètres toute la sensibilité nécessaire pour explorer une nouvelle physique. Le principe consiste à envoyer des neutrons thermiques sur le bolomètre. Environ 1 neutron sur 10 se fera capturer par un noyau dans le volume du détecteur, formant un nouveau noyau qui va se désexciter par l’émission d’un rayon gamma de haute énergie, typiquement entre 5 et 10 MeV. A chaque isotope correspond une énergie gamma spécifique et, par conservation de l’impulsion, un recul bien défini du noyau émetteur. Des pics apparaissent ainsi dans le spectre de recul mesuré par le bolomètre permettant de le calibrer précisément. La masse des noyaux fait que leur recul est dans la gamme des 100 eV, tout comme les reculs attendus pour la diffusion de la matière noire ou des neutrinos ! Le rayon gamma émis quant à lui s’échappe aisément du bolomètre et peut être utilisé pour signer sans ambiguïté le processus.
Le travail de stage propose de développer et valider un détecteur pour ces rayons gamma. Les principales spécifications sont d’atteindre une bonne efficacité de détection, une résolution en énergie de 2-3 % (sigma) dans la gamme des 5-10 MeV et une atténuation suffisante des bruits de fonds externes, dominés par les rayons cosmiques et les particules secondaires associées à la source de neutrons. Suite à des études par simulation, le choix se porte sur des cristaux cylindriques de BGO de 3x3 inch placés au plus près du bolomètre, c’est-à-dire à l’intérieur du cryostat utilisé pour toutes les mesures bolométriques. Le premier test en froid (0.02 °K) aura lieu pendant le stage avec le cryostat de nos collègues de l’IJCLab. Il devra valider la faisabilité de la mesure. La lecture du signal BGO se fera par un capteur qui converti la lumière de scintillation du BGO en phonons, avec un temps de réponse relativement long (de l’ordre de la ms). Une lecture plus rapide par fibre optique, qui permettrait de diminuer son temps de réponse à quelque 10 microsecondes, sera testée en parallèle. L’idée est de capter le signal lumineux sur le BGO par les fibres et de le déporter à l’étage chaud du cryostat (300°K) vers un Silicon-Photo-Multiplicator (SiPM). La mise au point de cette nouvelle chaîne de détection se fera au CEA, avec des tests à température ambiante. Pour ces deux campagnes de mesures, une source de gammas de haute énergie récemment développée au CEA pourra être utilisée pour qualifier les performances du BGO dans la gamme en énergie souhaitée. Le(a) stagiaire sera fortement impliqué(e) dans le montage des dispositifs expérimentaux, les prises de données et leurs analyses. Il (elle) pourra être force de propositions, tester ses propres idées dans la mise au point de la lecture par fibre optique et dans les analyses. Ce projet lui permettra d’avoir un aperçu complet d’un travail de physicien expérimentateur.
L’essentiel de l’environnement software existe déjà et ne requiert pas de compétence poussée en informatique. L’analyse des données sera faite avec le logiciel ROOT (https://root.cern). L’étudiant(e) bénéficiera de l’encadrement rapproché de l’équipe du DPhN (Département de Physique Nucléaire) constituée de 3 permanents et 2 thésards. L’ensemble du travail se fera aussi en proche collaboration avec les équipes de l’IJCLab d’Orsay et du DPhP du CEA-Saclay (Département de Physique des Particules). Le développement du détecteur gamma cryogénique est un point central du projet CRAB et fera l’objet d’une publication. La première application de la méthode CRAB est prévue avec les bolomètres de l’expérience de diffusion cohérente de neutrinos NUCLEUS [2]. L’étudiante aura l’occasion de présenter ses résultats devant cette collaboration internationale.

[1] L. Thulliez, D. Lhuillier et al., Calibration of nuclear recoils at the 100 eV scale using neutron capture, JINST 16, 7 (2021).
[2] J. Rothe et al., Exploring CEvNS with NUCLEUS at the Chooz nuclear power plant, Eur. Phys. J. C 79 (2019) 12, 1018.
The detection of energy deposits as low as a few tens of eV is recently accessible with bolometers (cryogenic detectors cooled to 0.02°K) of a volume of the order of cm3. By assembling a reasonable number of these detectors, a total mass of about 100 g can be constituted and offer a unique sensitivity for the search of light dark matter or the study of coherent neutrino-nucleus scattering. The signature of the searched processes is indeed very tenuous: a single nucleus recoils in the crystal of the detector, with a kinetic energy of typically a hundred eV. Even if bolometers are now able to capture such a signal, the characterization of their response (calibration, linearity) in this energy range remains unexplored. The usual calibration techniques are indeed limited to energies above keV. The CRAB project [1] (Calibrated Recoils for Accurate Bolometry) proposes a new method which has the potential to fill this gap and to provide bolometers with all the sensitivity necessary to explore new physics. Its principle consists in sending thermal neutrons on the bolometer. About 1 neutron out of 10 will be captured by a nucleus in the volume of the detector, forming a new nucleus that will de-excite by emitting a high energy gamma ray, typically between 5 and 10 MeV. Each isotope has a specific gamma energy and, by conservation of momentum, a well-defined recoil of the emitting nucleus. Thus peaks appear in the recoil spectrum measured by the bolometer, allowing it to be calibrated precisely. The mass of the nuclei makes that their recoil is in the range of 100 eV, just like the recoils expected for the diffusion of dark matter or neutrinos! The emitted gamma ray escapes easily from the bolometer and can be used to sign without ambiguity the process.
The proposed internship work is to develop and validate a detector for these gamma rays. The main specifications are to achieve a good detection efficiency, a 2-3% energy resolution (sigma) in the 5-10 MeV range and a sufficient attenuation of external background noise, dominated by cosmic rays and secondary particles associated with the neutron source. Following simulation studies, the choice is made for 3x3 inch cylindrical BGO crystals placed as close as possible to the bolometer, i.e. inside the cryostat used for all bolometric measurements. The first cold test (0.02 °K) will take place during the internship in the cryostat of our colleagues of the IJCLab. It will validate the feasibility of the measurement. The reading of the BGO signal will be done by a sensor which converts the scintillation light of the BGO into phonons, with a relatively long response time (of the order of ms). A faster fiber optic readout, which would decrease its response time to about 10 microseconds, will be tested in parallel. The idea is to capture the light signal on the BGO by the fibers and to transfer it to the room temperature stage of the cryostat towards a Silicon-Photo-Multiplicator (SiPM). The development of this new detection chain will be done at CEA, with tests at room temperature. For these two measurement campaigns, a high energy gamma source recently developed at CEA will be used to qualify the performance of the BGO in the desired energy range. The student will be strongly involved in the set-up of the experimental devices, the data taking and their analysis. He (she) will be able to make proposals, test his (her) own ideas in the development of the fiber optic reading and in the analyses. This project will allow him/her to have a complete overview of an experimental physicist's work.
Most of the software environment already exists and does not require advanced computer skills. The data analysis will be done with the ROOT software (https://root.cern). The student will benefit from the close supervision of the DPhN (Department of Nuclear Physics) team, which is composed of 3 permanent staff and 2 PhD students. The work will also be done in close collaboration with the teams of the IJCLab of Orsay and the DPhP of CEA-Saclay (Department of Particle Physics). The development of the cryogenic gamma-ray detector is a central point of the CRAB project and will be published. The first application of the CRAB method is planned with the bolometers of the NUCLEUS coherent neutrino scattering experiment [2]. The student will have the opportunity to present her results to this international collaboration.


[1] L. Thulliez, D. Lhuillier et al., Calibration of nuclear recoils at the 100 eV scale using neutron capture, JINST 16, 7 (2021).
[2] J. Rothe et al., Exploring CEvNS with NUCLEUS at the Chooz nuclear power plant, Eur. Phys. J. C 79 (2019) 12, 1018.
Mots clés/Keywords
Physique des particules, Physique de la matière condensée
Particle physics, solid state physics
Logiciels
C++, python, Root, GEANT4
PDF
Etrangeté dans le nucléon; hadronisation des quarks en kaons à COMPASS
Strangeness in nucleon; quark hadronisation into kaons at COMPASS

Spécialité

Physique nucléaire

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/09/2022

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

KUNNE Fabienne
+33 1 69 08 43 45

Résumé/Summary
Le stage consiste en une analyse de données de physique obtenues par l’expérience COMPASS au CERN. Le but est l’étude de l’hadronization des quarks étranges en kaons, et l'extraction de fonctions de distribution et de fragmentation des partons dans le secteur de l'étrangeté.
We propose an internship focused on physics data analysis to extract the multiplicities of kaons produced in the COMPASS experiment at CERN. The goal is to study the hadronization of strange quarks into kaons, and extract parton distribution functions and fragmentation functions in the strange quark sector.
Sujet détaillé/Full description
Les données inclusives de diffusion profondément inélastique (DIS) où un lepton (un muon par exemple) entre en collision avec un nucléon (mu p - > mu’ X), sont depuis des années la source principale d'informations sur la structure du nucléon. Analysées dans le cadre de la QCD perturbative (pQCD), et avec l'ajout de seulement quelques données d'autres réactions, elles ont fourni une image complète de la distribution des différentes saveurs de parton (up, down, strange…
Parton Distribution Functions, PDF). Cette image est remise en question par l'avènement de données précises du LHC, en particulier dans le secteur de l'étrangeté.
Les données DIS semi-inclusives (SIDIS), où, en plus du lepton diffusé, on détecte les hadrons sortant (par exemple : mu p - > mu’ p K), ont le potentiel de fournir les éclaircissements requis. Ceci est possible grâce à ‘’ l’étiquetage ’’ de la saveur des quarks par les hadrons (un kaon K dans l’exemple ci-dessus). La description du SIDIS dans pQCD nécessite la détermination expérimentale d'un autre ensemble de fonctions, les Fonctions de Fragmentation (FF) des quarks. Les multiplicités de hadrons (kaons, pions, protons) sont les observables requises. Elles sont ensuite analysées dans un fit pQCD simultané des PDF et FF.
L'expérience en cible fixe COMPASS au CERN a entrepris un programme de mesures de ces multiplicité, avec un accent particulier sur la production de kaons, porteurs de quarks de saveur ‘’étrange’’. Le stagiaire se concentrera sur l'analyse
des données. Il se familiarisera avec les fondamentaux de la physique expérimentale: simulation du dispositif expérimental par les techniques modernes de Monte-Carlo, analyse statistique de données, comparaison avec des calculs théoriques.
Finalement, l'étudiant utilisera un logiciel existant pour extraire les Fonctions de Fragmentation des quarks et des gluons à partir des multiplicités de hadrons mesurées.
Le stagiaire sera intégré dans l'équipe COMPASS du DPhN à Saclay, qui est leader dans ce domaine de physique et a des responsabilités importantes au sein de la Collaboration à la fois dans les activités de construction de détecteurs et d’analyse de données. Du côté de la théorie, il recevra les conseils d'un théoricien du DPhN, expert des
techniques pQCD utilisées entre autres par la Collaborationn NNPDF (Neural Network PDF).
Inclusive Deep Inelastic Scattering (DIS) data where a lepton collides on a nucleon, have been for years the primary source of information on the structure of the nucleon. Analysed in the framework of perturbative QCD (pQCD), and with the addition of only few data from other reactions, they have provided a complete picture of the distribution of the various parton flavours (up, down, strange…) in terms of Parton Distribution Functions (PDFs). This picture is challenged by the advent of precise LHC data, in particular in the strangeness sector.
Semi-Inclusive DIS (SIDIS) data, where in addition to the scattered lepton, hadrons produced in the final state are measured, have the potential to provide the required clarification. This, thanks to the tagging of quark flavours by the outgoing hadrons. The description of SIDIS in pQCD requires the experimental determination of another set of functions, the parton Fragmentation Functions (FFs). Hadron multiplicities are the relevant observables. They are then put to best use in a simultaneous pQCD fit to PDFs and FFs.
The COMPASS fixed target experiment at CERN has undertaken a programme of measurements of theses multiplicity observables, with a particular emphasis on the production of kaons, i.e. hadrons with open strangeness. The intern will focus on the analysis of data collected by COMPASS. He will learn and successfully use the fundamentals of the experimental physics: simulation of the experimental equipment by modern Monte-Carlo techniques, statistical analysis of big
samples of data, comparison with theoretical calculations. Finally, the student will use existing software to extract quark and gluon fragmentation functions from the measured hadron multiplicities.
The student will be integrated in the COMPASS DPhN Saclay team, who is a leader in this physics topics and has important responsibilities inside the collaboration both in hardware and analysis activities. On the theory side, he will receive guidance from a theoretician of DPhN Saclay, expert in the pQCD fitting techniques used by the NNPDF (Neural
Network PDF) collaboration.
Mots clés/Keywords
physique hadronique, quarks, hadron, nucléon, quark étrange
hadronic physics, quarks, hadron, nucleon, strange quark
Compétences/Skills
Méthodes fondamentales de la physique expérimentale: Simulation d'expérience par technique moderne de Monte-Carlo, traitement et analyse statistique de grandes quantités de données, comparaison à des calculs théoriques.
Fundamentals methods of experimental physics: simulation of the experimental equipment by modern Monte-Carlo techniques, statistical analysis of big samples of data, comparison with theoretical calculations.
Logiciels
C++, Geant, environnement ROOT,
PDF
Etude de la structure des kaons via la diffusion profondément inélastique sur de l'hydrogène
Accessing the kaon structure using 'recoil tagged' deep-inelastic muon scattering on hydrogen

Spécialité

Physique nucléaire

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/09/2022

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

KUNNE Fabienne
+33 1 69 08 43 45

Résumé/Summary
Le stage consiste en une analyse de données de physique obtenues par l’expérience COMPASS au CERN, pour tenter d'étudier la structure des kaons via la diffusion profondément inélastique sur le ''nuage de mésons'' du proton, avec un ''étiquetage'' adéquat des particules de recul.
We propose an internship focused on physics data analysis to study the structure of kaons via deeply inelastic scattering on the proton 'meson cloud', with an adequate tagging of recoil particles.
Sujet détaillé/Full description
Les distributions de partons (quarks 'up' et 'strange') dans le kaon, le méson étrange le plus léger, est actuellement très mal connue. La raison en est que le kaon étant instable, aucune cible de kaon n'existe. Cependant, dans des régions cinématiques spécifiques, le kaon est accessible via la diffusion inélastique profonde de leptons (ici des muons) sur des mésons kaons virtuels qui font partie du «nuage de mésons» du proton. La réaction peut être étiquetée par la détection de la particule de recul associée, ici un Lambda.
Pour un muon incident diffusé sur une cible d'hydrogène (proton p), la réaction est mu p -> mu 'p' Lambda, où le Lambda se désintègre en proton et pion (Lambda -> p pi). La détection des produits de désintégration p et pi en coïncidence avec le muon mu 'diffusé devrait donc fournir une signature du méson kaon insaisissable.
Des données acquises avec un faisceau de muons diffusé sur une cible d'hydrogène ont été collectées par l'expérience COMPASS au CERN. Les particules de recul ont été identifiées grâce à un détecteur de temps de vol. L'objectif du stage est d'utiliser les données disponibles afin d'identifier les proton et les pions de recul pour reconnaître une particule Lambda.
The structure function of the kaon, the lightest strange meson, accounting for the momentum distribution of its up and strange quarks, is presently unknown. There is a simple reason for that: the kaon being unstable, no kaon target exists. However, in specific kinematic regions, the kaon can be accessed through the deep inelastic scattering of leptons (here muons) on virtual kaon mesons which are part of the 'meson cloud' of the proton. The reaction can be tagged by the detection of the associated recoiling particle, here a Lambda.
For an incident muon scattered on an hydrogen (proton p) target, the reaction is mu p -> mu' p' Lambda, where the Lambda decays into a proton and pion (Lambda -> p pi). Detecting the p and pi decay products in coincidence with the scattered muon mu' should therefore provide a clear signature of the elusive kaon meson.

Data with muon beam and hydrogen target have been collected by the COMPASS experiment at CERN. Recoiling particles were detected and identified using a large Time-Of-Flight recoil detector. The objective of the internship is to use the available data in order to identify first the recoiling protons, then the recoiling pions and finally the coincidence between protons and pions that combine into a Lambda particle.
Mots clés/Keywords
physique hadronique, quarks, hadron, nucléon, quark étrange
hadronic physics, quarks, hadron, nucleon, strange quark
Compétences/Skills
Méthodes fondamentales de la physique expérimentale: Simulation d'expérience par technique moderne de Monte-Carlo, traitement et analyse statistique de grandes quantités de données, comparaison à des calculs théoriques.
Fundamentals methods of experimental physics: simulation of the experimental equipment by modern Monte-Carlo techniques, statistical analysis of big samples of data, comparison with theoretical calculations.
Logiciels
C++, Geant, environnement ROOT,
PDF
Etude théorique et numérique de l'émergence des corrélations spatiales dans les systèmes branchants.
Formal and numerical study of the emergence of spatial correlations in branching systems.

Spécialité

Physique statistique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

01/04/2022

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

DUMONTEIL Eric
+33 1 69 08 56 02

Résumé/Summary
Ce sujet de stage propose d'étudier l'apparition de structures spatiales dans les systèmes branchants, à l'aide d'une approche Lagrangienne. Les résultats théoriques seront confortés par des simulations Monte-Carlo.
This internship topic proposes to study the appearance of spatial structures in branching systems, using a Lagrangian approach. Theoretical results will be confirmed by Monte-Carlo simulations.
Sujet détaillé/Full description
L'étude des marches aléatoires branchantes permet de décrire de nombreux phénomènes tels que la propagation des épidémies, la transmission génétique au sein de populations, la mécanique quantique ou le transport des neutrons dans les milieux fissiles pour n'en citer que quelques-uns.

Dans ce dernier domaine par exemple, des travaux récents ont montré que des structures spatiales (phénomène de "clustering") pouvaient émerger au sein de la population de neutron présente dans un réacteur nucléaire [1], que l'on caractérise à l'aide de la fonction de corrélation spatiale (ou fonction à deux points). Des approches fondées sur l'utilisation d'outils de la théorie quantique des champs (QFT) ont permis de caractériser cette fonction de corrélation, mais montrent des limites vis à vis de l'étude de certaines grandeurs (notamment concernant le calcul de diverses observables dans la vicinité du point critique).

Ce stage propose par conséquent de mettre au point une approche Lagrangienne dans cet objectif, en calquant une technique élaborée par Doi et Peliti [2] et reprise par Garcia-Millan [3], afin de retrouver les résultats de l'approche QFT puis d'étendre ces derniers à différentes observables. Pour ce faire, il conviendra d'ajouter un opérateur de diffusion au Lagrangien, prenant ainsi en compte le phénomène de transport de l'espèce considérée (neutrons en physique des réacteurs, virus en épidémiologie, configurations en mécanique quantique). Les résultats de ces développements formels pourront alors être confirmés numériquement à l'aide d'un code Monte-Carlo simplifié d'ores et déjà développé en Python. Il conviendra par conséquent d'implémenter dans ce code le calcul de différentes grandeurs d'intérêt (corrélations temporelles, spatiales, taille et fluctuations de la population, ...), et de réaliser une analyse spectrale de la distribution obtenue (calcul des modes propres du système), pour finalement essayer d'extrapoler les résultats obtenus pour des milieux critiques ou sur/sous-critiques.

Le candidat recherché doit être en dernière année d'école d'ingénieur ou en master recherche de physique théorique, de physique fondamentale ou d'ingénierie nucléaire. Il doit avoir des connaissances de base en modélisation mathématique et en physique statistique (ex: probabilités, calcul stochastique, marches aléatoires, transitions de phase) et être capable de réaliser des développements informatiques en C++ ou en Python.

Ce travail sera basé sur le centre de Saclay du CEA (Orme des Merisiers) mais se fera en collaboration étroite avec l'IRSN de Fontenay-aux-Roses (contact: Benjamin Dechenaux). Il peut à ce titre nécessiter des déplacements réguliers entre ces 2 centres.

[1] E. Dumonteil et al. Nature Commun Phys 4, 151 (2021).
[2] M. Doi, J. Phys. A: Math. Gen. 9, 1465 (1976).
[3] L. Peliti, J. Phys. (Paris) 46, 1469 (1985).
[3] R. Garcia-Millan, Phys. Rev. E 98, 062107 (2018).
The study of branching random walks allows to describe many phenomena such as the propagation of epidemics, genetic transmission within populations, quantum mechanics or neutron transport in fissile media, just to name a few.

In the latter field, for example, recent work has shown that spatial structures (clustering) can emerge within the neutron population present in a nuclear reactor [1], which can be characterized using the spatial correlation function (or two-point function). Approaches based on the use of quantum field theory (QFT) tools have been used to characterize this correlation function, but show limitations with respect to the study of certain quantities (in particular concerning the calculation of various observables in the vicinity of the critical point).

This internship therefore proposes to develop a Lagrangian approach for this purpose, closely following an approach developed by Doi and Peliti [2] and taken up by Garcia-Millan [3], in order to recover the results of the QFT approach and then to extend them to different observables. To do so, it will be necessary to add a diffusion operator to the Lagrangian, thus taking into account the transport phenomenon of the species considered (neutrons in reactor physics, viruses in epidemiology, configurations in quantum mechanics). The results of these formal developments can then be confirmed numerically using a simplified Monte-Carlo code already developed in Python. It will therefore be necessary to implement in this code the calculation of various quantities of interest (temporal and spatial correlations, size and fluctuations of the population, ...), and to carry out a spectral analysis of the obtained distribution (calculation of the eigenmodes of the system), to finally try to extrapolate the results obtained for critical or over/sub-critical environments.

The candidate should be in the last year of an engineering school or in a research master in theoretical physics, fundamental physics or nuclear engineering. He/she should have basic knowledge in mathematical modeling and statistical physics (e.g. probabilities, stochastic calculus, random walks, phase transitions) and be able to perform computer developments in C++ or Python.

This work will be based at the CEA's Saclay center (Orme des Merisiers) but will be done in close collaboration with the IRSN in Fontenay-aux-Roses (contact: Benjamin Dechenaux). As such, it may require regular travel between these 2 centers.

[1] E. Dumonteil et al. Nature Commun Phys 4, 151 (2021).
[2] M. Doi, J. Phys. A: Math. Gen. 9, 1465 (1976).
[3] L. Peliti, J. Phys. (Paris) 46, 1469 (1985).
[3] R. Garcia-Millan, Phys. Rev. E 98, 062107 (2018).
Logiciels
Python or C++
PDF
Extraction des rendements de fission de l'U-235 via l'analyse des données du spectromètre gamma FIPPS
Data analysis from FIPPS gamma-ray spectrometer : extraction of U-235 fission yields

Spécialité

Physique nucléaire

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

17/03/2022

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Materna Thomas
+33 1 69 08 40 91

Résumé/Summary
L’étude des rayons gamma émis par les fragments de fission permet de sonder les propriétés les plus fondamentales du processus de fission mais aussi de produire des données importantes pour les simulations des réacteurs nucléaires. L’objet du stage est d'analyser les premières mesures réalisées avec une cible active sur le nouveau spectromètre FIPPS de l'ILL pour en extraire les rendements de fission thermique de l’U-235.
Studying the gamma-rays emitted by fission fragments is a way to reveal the main properties of the fission process but it gives access as well to important data for nuclear reactor simulations. The internship purpose is to analyze the first experiment performed with a fissile target on the new FIPPS spectrometer of the ILL in order to extract U-235 fission yields.
Sujet détaillé/Full description
Au sein de l’Irfu, notre laboratoire étudie expérimentalement la réaction de fission avec notamment des spectromètres de haute précision installés sur le réacteur à haut flux de Grenoble. Notre objectif est d’améliorer les modèles de fission et de désexcitation des fragments dans le cadre des simulations des réacteurs nucléaires mais aussi d'explorer des effets peu étudiés expérimentalement, comme l’influence de la forme des noyaux sur le processus de fission, la répartition des spins entre les deux fragments ou encore l’origine des grandes valeurs de spin des fragments de fission.

Ce stage s’inscrit dans l’étude que nous menons pour décrire les propriétés du processus de fission à l’aide des rayons gamma prompts émis par les fragments. L’étudiant(e) participera à l’analyse des dernières campagnes de mesure effectuées avec le nouveau spectromètre FIPPS installé auprès du réacteur de recherche de Grenoble (ILL). FIPPS est constitué d’un grand nombre de détecteurs de rayons gamma entourant une cible fissile placée dans un flux intense de neutrons thermiques. L’étudiant(e) sera en charge d’analyser les données prises avec une cible active d’U-235 pour en extraire les rendements de fission avec une bonne précision.

De bonnes connaissances en physique nucléaire et un attrait marqué pour l’expérimentation et l’analyse des données sont indispensables. L’analyse des données s’effectuera avec un code développé en C++ et basé sur ROOT. Une connaissance du logiciel de simulation Geant4 et de l’environnement ROOT est un atout sans être une obligation.
Our lab at IRFU performs experimental studies on the nuclear fission reaction with, in particular, high-resolution spectrometers installed at the high-flux reactor of Grenoble. Goals are to improve fission models and description of the fragment de-excitation process used in simulation codes for nuclear reactor design but also to explore experimentally less-studied areas like the influence of the nuclear shapes on the fission process, the repartition of angular momentum between the two fragments or the origin of high spins in fission fragments.

The proposed internship is linked to our study on the properties of the fission process by using the gamma rays emitted by fission fragments. The student will participate to the data analysis of the first experiment campaigns performed with the new FIPPS spectrometer installed at the research reactor of Grenoble (ILL). FIPPS is made of a large array of gamma-ray detectors placed around a fissile target that is irradiated with an intense thermal neutron flux. The student will be in charge of analyzing data taken with an active U-235 target in order to extract fission yields with a good accuracy.

A strong background in nuclear physics and a pronounced interest for experimental work and data analysis is essential. Data analysis will be performed with in-house software developed in C++ and based on ROOT. Knowledge of Geant4 simulation software and the ROOT environment is an asset but not an obligation.
Mots clés/Keywords
spectroscopie gamma, fission nucléaire, physique des réacteurs
gamma-ray spectrocopy, nuclear fission, reactor physics
Compétences/Skills
- Spectroscopie gamma avec des détecteurs Germanium et analyse des spectres. - Traitement de larges quantités de données multidimensionnelles. - Programmation en C++ avec l'environnement, les librairies ROOT (CERN). - Simulation des détecteurs avec le code GEANT4
- Gamma-ray spectroscopy with HPGe detectors and analysis of gamma-ray spectra. - Processing of large multidimensional datasets. - Programming in C++ using ROOT (CERN) libraries. - Simulation of the spectrometer with Geant4.
PDF
Faisabilité des mesures PQG futures au LHC
Feasibility of future QGP measurements at the LHC

Spécialité

Physique nucléaire

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/04/2022

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

WINN Michael
+33 1 69 08 55 86

Résumé/Summary
Le plasma quark-gluon est un état exotique de la matière créé à des températures extrêmes lors de collisions d'ions lourds au LHC au CERN. Le stage propose une étude de faisabilité de mesures des dileptons, messagers des premiers instants des collision noyau-noyau. De plus, un travail plus phénoménologique concernant la production de dileptons pourrait être abordé avec des collègues théoriciens.
The Quark-Gluon Plasma is an exotic state of matter created under extreme temperatures in heavy-ion collisions at the LHC at CERN.
The proposed internship consists of a feasibility study of dilepton measurements, messengers of the very early phase of the nucleus-nucleus collision. Additionally, a more phenomenological work regarding dilepton production could be addressed with theory colleagues.
Sujet détaillé/Full description
Au Large Hadron Collider (LHC) à Genève, des collisions de noyaux de plomb sont utilisées pour créer un système thermodynamique décrit par la dynamique des fluides dans des conditions extrêmes. Cet état de la matière est communément appelé Plasma Quark-Gluon (PQG) et dont l'évolution temporelle est décrite par l'hydrodynamique relativiste. Dans cette approche, l'étude des premiers instants de la collision sont essentiels pour comprendre comment le système se thermalise. Expérimentalement, ces premiers instants sont difficiles à accéder. L'une des sondes privilégiée est la production de dileptons, produits au début de la collision et dont la propagation n'est pas affectée par la présence de PQG.

Le laboratoire PQG du département de physique nucléaire du CEA Saclay est activement impliqué à tous les niveaux de l'exploration expérimentale du PQG avec l'expérience ALICE, l'expérience dédiée aux ions lourds au LHC. Actuellement, le groupe étudie de nouvelles sondes et de nouveaux détecteurs pour étudier le PQG dans l'expérience LHCb, telles que la production de dileptons.

L'un des défis de cette mesure expérimentale est le rejet du bruit de fond provenant des désintégrations faibles des hadrons contenant un quark charmé ou un quark beau. Le stage propose de développer de nouvelles méthodes de rejet de bruit de fond basées sur la durée de vie finie des hadrons beaux et charmés. Ce travail se basera sur des outils de simulation Monte Carlo rapides. En fonction de l'intérêt du candidat, un aspect plus phénoménologique pourra être abordé basé sur la description du système thermodynamique avec des concepts d'équilibre thermique local. Le candidat se familiarisera avec la physique du PQG, la physique des détecteurs, la programmation de base en C++, et les bases de l'analyse des données.
At the Large Hadron Collider (LHC) at Geneva, collisions of lead nuclei are used to create a thermodynamic system described by fluid dynamics under extreme conditions. This state of matter is commonly called Quark-Gluon Plasma (QGP). Its time evolution is described by relativistic hydrodynamics. In this description, the early stages of heavy-ion collisions are central to define how the system approaches thermalization. Experimentally, these early stages of heavy-ion collisions are difficult to access. One of the privileged probes is dilepton emission, produced at the beginning of the collision and of which the propagation is unaffected by the presence of the QGP.

The QGP laboratory inside the department of nuclear physics of CEA Saclay is actively involved at all levels of experimental exploration of the QGP with the ALICE experiment, the dedicated heavy-ion experiment at the LHC. Currently, the group investigates novel probes and new detectors for QGP studies in the LHCb experiment, such as dilepton production.

One of the main challenges of experimental measurement is the rejection of background from weak decays of hadrons containing a charm or a beauty quark. The internship's objective is the development of new background rejection methods based on the finite lifetime of the beauty and charm hadrons. The work will be based on fast Monte Carlo simulation tools. Depending on the candidate's interest, phenomenological aspects could be envisaged based on the successful description of the thermodynamic system with local thermal equilibrium concepts. The candidate will familiarise himself/herself with the physics of the QGP, detector physics, basic C++ programming if wished, and basics in data analysis.
Mots clés/Keywords
Physique des particules; QGP, LHC, electromagnetic radiation
Particle physics; QGP, LHC, electromagnetic radiation
Compétences/Skills
Cinématique relativiste, programmation, simulations Monte-Carlo
Relativistic kinematics, programming, Monte Carlo simulations
Logiciels
C++
PDF
Recherche d’un nouveau type de radioactivité : la double décroissance alpha
Search for a new mode of radioactivity: double alpha decay

Spécialité

Physique nucléaire

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30/05/2022

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

THEISEN Christophe
+33 1 69 08 74 54

Résumé/Summary
Nous proposons une étude théorique et expérimentale d’un nouveau type de radioactivité nucléaire qui reste à découvrir : la double décroissance alpha. Le stage permettra de se familiariser avec les volets théoriques et expérimentaux en vue de nouvelles expériences qui pourraient mener à la découverte de cette nouvelle radioactivité.
We propose a theoretical and experimental study of a new type of nuclear radioactivity that remains to be discovered: the double alpha decay. The internship will allow to become familiar with the theoretical and experimental aspects in view of new experiments that could lead to the discovery of this new radioactivity.
Sujet détaillé/Full description
Plus d’un siècle après la découverte de la radioactivité par H. Becquerel, de nombreux modes de décroissance ont été découverts : alpha, beta, fission, neutron, proton, double-proton, double-beta, cluster, etc. Une somme considérable de travaux a été réalisée aussi bien théoriquement qu’expérimentalement. Découvrir un nouveau type de radioactivité est par conséquent complexe mais excitant. La récente prédiction d'un nouveau mode de radioactivité par l'équipe d'accueil [1] – l'émission symétrique de deux particules alphas par le noyau – permet d’envisager sa détection. En effet, les temps de vies prédits, bien que très longs, sont du même ordre de grandeur que ceux d’autres radioactivités rares comme l’émission de cluster.

Le stage permettra de se familiariser avec les calculs théoriques et les techniques expérimentales. L’étudiant approfondira les méthodes microscopiques permettant de calculer divers types de radioactivité. Il prendra en main les outils de calculs. La partie expérimentale permettra une première approche de la détection alpha à l’aide de détecteurs Si segmentés : détecteur, électronique, acquisition et analyse.

De bonnes bases en physique nucléaire théorique (problème à N-corps) et expérimentale sont requises. L’étudiant sera encadré par Ch. Theisen, expérimentateur au CEA/Irfu (Saclay), E. Khan, théoricien à l’IJCLab (Orsay), et par J.-P. Ebran, théoricien au CEA/DAM. La poursuite par une thèse sera proposée avec, selon les compétences et appétences du candidat, une dominante soit théorique, soit expérimentale, dans un contexte international (CERN) riche et stimulant.

[1] F. Mercier, J. Zhao, J.-P. Ebran, E. Khan, T. Nikši?, and D. Vretenar, Phys. Rev. Lett. 127, 012501 (2021)
More than a century after the discovery of radioactivity by H. Becquerel, many decay modes have been discovered: alpha, beta, fission, neutron, proton, double-proton, double-beta, cluster, etc. A tremendous amount of work has been done both theoretically and experimentally. Discovering a new type of radioactivity is therefore complex but exciting. The recent prediction of a new mode of radioactivity by the team responsible for the present project [1], the symmetrical emission of two alphas by the nucleus, makes it possible to envisage its detection. Indeed, the predicted lifetimes, although very long, are of the same order of magnitude as those of other rare radioactivities such as cluster emission.

The internship will allow the student to become familiar with theoretical calculations and experimental techniques. The student will study microscopic methods for calculating various types of radioactivity. He will learn how to use the software. The experimental part will allow a first approach of the alpha detection using Si segmented detectors: detectors, electronics, acquisition and analysis.

A good background in theoretical (N-body problem) and experimental nuclear physics is required. The student will be supervised by Ch. Theisen, experimentalist at CEA/Irfu (Saclay), E. Khan, theoretician at IJCLab (Orsay), and by J.-P. Ebran, theoretician at CEA/DAM. The continuation with a thesis will be proposed with, according to the competences and interest of the candidate, a main focus either theoretical or experimental, in a rich and stimulating international context (CERN).

[1] F. Mercier, J. Zhao, J.-P. Ebran, E. Khan, T. Nikši?, and D. Vretenar, Phys. Rev. Lett. 127, 012501 (2021)
Mots clés/Keywords
physique nucléaire, radioactivité, théorie, détecteurs
nuclear physics, radioactivity, theory, detectors
Compétences/Skills
physique nucléaire expérimentale et théorique, programmation
experimental and theoretical nuclear physics, programming
Logiciels
root, C++
PDF
Test de techniques d'apprentissage automatique (machine learning) pour l'analyse des propriétés des niveaux nucléaires
Investigation of machine learning techniques for the analysis of nuclear level properties

Spécialité

PHYSIQUE

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

01/03/2022

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

DUPONT Emmeric
+33 1 69 08 75 53

Résumé/Summary
L'objectif du stage est d'initier le développement de méthodes et d'outils d'apprentissage automatique (ML) pour l'analyse des propriétés des niveaux nucléaires.
The objective of the internship is to initiate the development of machine learning (ML) methods and tools for the analysis of nuclear level properties.
Sujet détaillé/Full description
Les noyaux atomiques peuvent se trouver dans différents états (ou niveaux) d'excitation caractérisés par leur énergie et leurs nombres quantiques. Ces niveaux discrets ont été étudiés à travers la carte des nucléides et leurs propriétés sont bien connues en ce qui concerne leur espacement ou leur largeur par exemple. De nos jours, les propriétés de plus de 100000 niveaux discrets sont stockées dans de grandes bases de données internationales telles que le Fichier de données de structure nucléaire évaluées (ENSDF) ou encore divers fichiers de données de réactions nucléaires évaluées (comme ENDF/B, JEFF...).


L'étudiant explorera et recoupera ces bases de données dans le but d'en déduire les propriétés des niveaux en utilisant à la fois des techniques d'apprentissage automatique et des méthodes standard. Le travail comprendra les étapes suivantes,
  • Compilation et traitement des caractéristiques expérimentales des niveaux nucléaires pour l'ensemble de la carte des noyaux (avec l'analyse ML à l'esprit)
  • Analyse statistique standard des propriétés des niveaux des noyaux : distribution des largeurs partielles et des espacements de niveaux, densité de niveaux, paramètres moyens, etc.
  • Etude et application des techniques de ML pour déduire les propriétés des niveaux
  • Comparaison des deux approches


    L'étudiant travaillera à Saclay dans l'équipe n_TOF du Département de Physique Nucléaire (DPhN) avec des physiciens expérimentateurs ayant une forte expertise dans les domaines des réactions nucléaires et de la structure nucléaire.
  • The atomic nuclei may be found in different states (or level) of excitation characterized by their energy and quantum numbers. Those discrete levels have been studied across the nuclide chart and their properties are well known with respect to their spacing or their width for example. Nowadays, the properties of more than 100000 discrete levels are stored in large international databases such as the Evaluated Nuclear Structure Data File (ENSDF) or even various evaluated nuclear reaction data files (such as ENDF/B, JEFF...).


    The student will explore and cross-check these databases with the aim to infer levels properties using both machine learning techniques and standard methods. The work will consist of the following steps,
  • Compilation and processing of experimental nuclear level characteristics for the whole nuclide chart (with ML analysis in mind)
  • Standard statistical analysis of level properties across the nuclide chart: distribution of partial widths and level spacings, level density, average parameters, etc.
  • Investigation and application of ML techniques to infer level properties
  • Comparison of the two approaches


    The student will work at Saclay in the n_TOF team of the Nuclear Physics Department (DPhN) with experimental physicists having a strong expertise in the fields of nuclear reactions and nuclear structure.
  • Mots clés/Keywords
    physique nucléaire, structure nucléaire, réaction nucléaire, données nucléaires
    nuclear physics, nuclear structure, nuclear reaction, nuclear data
    Compétences/Skills
    apprentissage automatique, statistique, exploration de données, bases de données nucléaires (ENSDF, ENDF)
    machine learning, statistics, data mining, nuclear databases (ENSDF, ENDF)

     

    Retour en haut