12 sujets IRFU/DPhN

Dernière mise à jour : 02-12-2021


• Astrophysique

• Physique des particules

• Physique nucléaire

• Physique théorique

 

Étude des sources d’ondes gravitationnelles à longue durée d’émission

SL-DRF-22-0370

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 : 01-10-2022

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 : https://irfu.cea.fr/Pisp/herve.moutarde/

Labo : https://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=4698

Voir aussi : https://www.elisascience.org/articles/lisa-consortium

Les systèmes binaires de trous noirs de masses stellaires, comme ceux couramment détectés depuis 2016 par les interféromètres terrestres LIGO et Virgo, font partie des sources d’ondes gravitationnelles détectables par l’observatoire LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Cet observatoire spatial sera constitué de trois satellites éloignés de 2,5 millions de kilomètres et son lancement est prévu par l’ESA pour 2034. Cet instrument captera en permanence un grand nombre de signaux distincts et caractérisés théoriquement à divers degrés de précision, notamment : systèmes binaires de trous noirs super massifs, systèmes binaires galactiques, et systèmes binaires avec des rapports de masses très élevés.



Ces deux derniers types de sources et les systèmes binaires de trous noirs de masses stellaires partagent la caractéristique d’émettre pendant des durées comparables à celle de la mission LISA. Elles peuvent produire des signaux très divers et l’observation d’un grand nombre d’orbites peut livrer des contraintes fortes sur la physique fondamentale. En particulier des mesures précises de l’excentricité des orbites des systèmes binaires de trous noirs de masses stellaires et de leurs spins devraient permettre de discriminer les différents scénarios de genèse de ces systèmes .



Comme dans toute expérience, les données réelles seront soumises à un certain nombre de bruits et d’artefacts, tels que des périodes d’interruption de prise de données. La prise en compte de ces effets est essentielle pour optimiser le potentiel scientifique de la mission.



Le fil conducteur du travail proposé est une démonstration de capacité scientifique et technique à traiter des données réelles de manière fiable et robuste. La diversité des sources permet différentes études de difficultés graduées mais offrant, chacune, un intérêt opérationnel pour la mission LISA. Les méthodes établies par l’équipe d’accueil pour traiter les systèmes binaires galactiques serviront de base aux travaux consacrés aux autres sources à longue durée d’émission.

1. Implémentation dans l’environnement logiciel de la mission LISA des formes d’ondes associées aux systèmes binaires de trous noirs de masses stellaires prenant en compte leur excentricité. Des calculs issus de plusieurs formalismes sont disponibles et doivent être mis sous une forme permettant précision et rapidité d’exécution.

2. Étude de la détection de tels systèmes avec LISA par le développement d’algorithmes innovants. Cette étape inclut une phase d’évaluation des performances des algorithmes.

3. Détermination des caractéristiques de la source (rapport signal sur bruit, masse, redshift, etc.) permettant la mesure de l’excentricité du système et discussion de l’impact éventuel sur les objectifs scientifiques de LISA.

4. Étude d’impact de périodes d’interruption dans l’acquisition des données (maintenance, instabilités de sous-systèmes, etc.) ou de la présence d’autres sources d’ondes gravitationnelles dans la gamme de fréquences considérées.



Cet ensemble d’activités peut toutefois être amené à évoluer en fonction des avancées théoriques, des progrès des analyses de données LISA et de la publication de nouvelles mesures par les interféromètres terrestres. 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 part significative de traitement du signal et de programmation soignée, mais requiert une bonne compréhension de la physique sous-jacente. Son aspect pluridisciplinaire rend possible l’exploration de nombreux champs en fonction des opportunités scientifiques et de la durée impartie d’une thèse



DETECTION DE RECULS NUCLEAIRES A L’ECHELLE DE 100 EV : CARACTERISATION DE LA REPONSE DES BOLOMETRES ET APPLICATION A LA DIFFUSION COHERENTE DES NEUTRINOS DE REACTEUR AVEC L’EXPERIENCE NUCLEUS.

SL-DRF-22-0337

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

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

David LHUILLIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

David LHUILLIER
CEA - DRF/IRFU/DPHN/LEARN

01 69 08 94 97

Directeur de thèse :

David LHUILLIER
CEA - DRF/IRFU/DPHN/LEARN

01 69 08 94 97

La technologie moderne des détecteurs cryogéniques permet d’atteindre des seuils de détection extrêmement bas, de l’ordre de 10 eV, tout en conservant une masse active significative, de 1 à 100 g. Ce gain de sensibilité ouvre de belles perspectives d’études en physique fondamentale. En effet, la recherche de particules de matière noire de faible masse implique la détection de reculs nucléaires de l’ordre de 100 eV. Cette gamme d’énergie est aussi celle des reculs induits par la diffusion cohérente des neutrinos de réacteurs sur les noyaux. Accéder à ce processus permet de tester le modèle standard à travers un nouveau couplage neutrino-matière. Ce sujet de thèse propose la mise en œuvre d’une méthode innovante pour étudier précisément la réponse des bolomètres dans cette gamme inexplorée des 100 eV. C’est l’objectif du projet CRAB (Calibrated Recoils for Accurate Bolometry) [1]. Celui-ci se développe en collaboration avec l’expérience NUCLEUS [2] qui a pour but la mesure de la diffusion cohérente des neutrinos de réacteur à l’aide de bolomètres en CaWO4. La première application de la méthode CRAB sera réalisée avec ces détecteurs.

Aucune méthode de calibration absolue des bolomètres n’existe actuellement pour cette nouvelle région d’intérêt autour de 100 eV. L’extrapolation des mesures disponibles à l’échelle du keV est problématique, du fait d’une évolution rapide et non-triviale de la répartition des différents modes d’excitation du milieu de détection : phonons, ionisation et scintillation. De plus à si basse énergie, les détails de structure cristalline et la dynamique des créations de défauts deviennent non négligeables. La méthode CRAB est basée sur la capture radiative de neutrons thermiques dans le détecteur cryogénique. Elle donne accès pour la première fois à des reculs nucléaires spécifiques et connus, dans le domaine des 100 eV, et uniformément distribués dans le volume du bolomètre. Plusieurs étapes de R&D et de validation se dérouleront en collaboration avec l’IJCLab d’Orsay et l’université de Munich (TUM). La mesure finale sur un bolomètre de NUCLEUS utilisera le faisceau de neutrons du réacteur TRIGA de Vienne, en collaboration avec l’université TU-Wien. Applicable à d’autres types de bolomètres, cette méthode a potentiellement un fort impact scientifique vers les programmes de diffusion cohérente de neutrinos, de recherche de matière noire légère mais aussi de physique du solide.

Une contribution directe du travail de thèse à l’expérience NUCLEUS sera donc d’étalonner de manière absolue la réponse en énergie des détecteurs en CaWO4 via la mesure CRAB. Cette étude sera un point d’entrée pour les analyses des données NUCLEUS. La priorité sera mise sur l’exploitation du véto muon dont la mise au point a été prise en charge par le DPhN. Ce blindage actif entoure aussi hermétiquement que possible tout le dispositif de mesure avec des panneaux de plastique scintillant dont la lumière est extraite par des fibres optiques connectées à des Silicon-Photomultipliers (SiPM). Il a pour but de signer le passage des rayons cosmiques à proximité des bolomètres, à l’origine du bruit de fond dominant. Le (la) candidat(e) sera responsable de la mise en place d’outils d’analyse des données du véto muon et de leur intégration dans la chaine d’analyse de l’expérience. Ce travail devra dans un premier temps valider les performances intrinsèques de ce détecteur puis il sera étendu vers l’étude des bruits de fond, élément clé de la mesure NUCLEUS. Il s'agira de quantifier le pouvoir de réjection du véto muon et déterminer la nature des bruits résiduels.

Un montage à blanc de l’expérience est prévu en 2022 à Munich pour valider l’ensemble de l’appareillage et le niveau de bruit de fond. La prise de données neutrino devrait commencer en 2023 sur le site EDF, dans un local situé à environ 80 mètres des 2 cœurs de la centrale nucléaire de Chooz, dans les Ardennes. Au final le travail de thèse sera réparti à parts égales entre CRAB et NUCLEUS.

Reconstruction des trajectoires des particules chargées dans des collisions d'ions lourds avec LHCb et analyse des données cible-fixe au LHC

SL-DRF-22-0097

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

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Michael Winn

Alberto Baldisseri

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Michael Winn
CEA - DRF/IRFU/DPhN/ALICE

+33 1 69 08 55 86

Directeur de thèse :

Alberto Baldisseri
CEA - DRF/IRFU/SPhN/ALICE

+33 169089333

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

Créé dans les collisions d'ions lourds au LHC (CERN), le plasma de quarks et de gluons (QGP) est un état extrême de la matière dans lequel les constituants des nucléons se trouvent déconfinés durant un temps suffisamment long pour être étudiés.

Parmi les collaborations du CERN, LHCb étudie le QGP à la fois dans les collisions faisceau-faisceau, mais aussi grâce à un programme de cible fixe unique au LHC. Les performances actuelles du détecteur de trajectographie dans les collisions les plus violentes sont limitées, mais plusieurs upgrades sont prévus pour l'horizon 2030.

Le premier objectif de cette thèse est le développement de la trajectographie pour s'assurer des performances optimales lors des prises de données ions-lourds futures. Ces études permettront notamment de définir les paramètres de performance nécessaires pour les sous-détecteurs. De plus, la recherche d'algorithmes alternatifs, basés sur l'intelligence artificielle, sera exploré afin d'optimiser au maximum les performances du détecteur. En parallèle, une composante d'analyse de données est proposée portant sur des données cible fixe.

En particulier, nous proposons de mesurer la production de particules charmées. Unique en terme de cinématique et de gamme d'énergie, ces études des collisions cible fixe avec le détecteur LHCb au LHC permettront de mieux établir les quarks charmés en tant qu'observable sensible au déconfinement.
Tomographie des gluons avec la production exclusive de mésons vecteurs

SL-DRF-22-0390

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

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire structure du nucléon (LSN) (LSN)

Saclay

Contact :

Francesco BOSSU

Franck SABATIE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Francesco BOSSU
CEA - DRF/IRFU/SPhN


Directeur de thèse :

Franck SABATIE
CEA - DRF/IRFU/SPhN

01 69 08 32 06

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=7

Thèse : Tomographie des gluons avec la production exclusive de mésons vecteurs

La compréhension de l'origine de la masse, du spin et de la structure des nucléons (c'est-à-dire des protons et des neutrons) à partir de leurs constituants élémentaires (quarks et gluons, collectivement appelés partons) fait partie des questions sans réponse de la physique des particules. Le cadre théorique des distributions généralisées de partons (GPD) code la structure tridimensionnelle d'un nucléon et son étude fournira des indications sur l'origine des propriétés fondamentales des protons et des neutrons.

Expérimentalement, la méthode la plus propre pour étudier la structure interne des nucléons est de les collisioner avec des électrons à haute énergie. Des chercheurs du CEA/Irfu sont porte-paroles des expériences en cours au Jefferson Lab (JLab) aux États-Unis, où un faisceau d'électrons à courant élevé d'une énergie allant jusqu'à 11 GeV entre en collision avec des cibles fixes de plusieurs types; Ils sont aussi porte-parole des futures expériences au Collisionneur d'électrons et d'ions (EIC), l'énergie dans le centre de masse du système électron-proton atteindra 140 GeV. Les luminosités élevées disponibles au JLab et au futur EIC permettent d'étudier les propriétés des nucléons avec une grande précision statistique, notamment par le biais de processus rares.

Contrairement aux attentes naïves, il a été démontré que ce ne sont pas les quarks, mais plutôt les gluons qui contribuent le plus à la masse et au spin des nucléons. Il est donc crucial de caractériser précisément la distribution des gluons afin de comprendre pleinement les propriétés des nucléons. En particulier, les connaissances actuelles sur les GPD des gluons sont plutôt limitées. Les GPD sont accessibles par l'étude de processus exclusifs où toutes les particules de l'état final sont détectées, et plus spécifiquement, la production exclusive de mésons vecteurs tels que les mésons rho, phi et omega est particulièrement sensible aux GPDs de gluons.

Le but de cette thèse sera d'analyser les données prises avec l'expérience CLAS12 au JLab en se concentrant sur les mesures de la production de mésons exclusifs. Étant donné la taille importante des ensembles de données, l'étudiant aura l'occasion de développer et d'appliquer des algorithmes d'intelligence artificielle pour améliorer la reconstruction et la sélection des événements. Des études approfondies sur des données simulées seront nécessaires pour comprendre pleinement les données, pour implémenter et optimiser les algorithmes de sélection des évènements et pour maîtriser les éventuelles incertitudes systématiques. A partir de l'expérience acquise par l'analyse des données CLAS12, le candidat participera également aux études de simulation pour la faisabilité et l'optimisation des futurs détecteurs de l'EIC pour l'électro-production exclusive de mésons vecteurs à hautes énergies.

La thèse sera réalisée au sein du Laboratoire de Structure des Nucléons du Département de Physique Nucléaire du CEA/Irfu. Le laboratoire est composé à la fois d'expérimentateurs et de théoriciens : les interactions fréquentes rendent l'environnement de travail très enrichissant.

Des connaissances en physique des particules et en informatique permettraient au candidat de participer rapidement et activement à l'effort d'analyse des données. Des connaissances de base sur les détecteurs de particules seraient également un avantage pour comprendre efficacement le dispositif expérimental utilisé pour la collecte des données.

L'étudiant aura également l'occasion de collaborer avec plusieurs chercheurs tant au niveau local (comme l'IJCLab à Orsay et le CPHT à l'École Polytechnique) qu'international. L'étudiant fera partie de la collaboration CLAS et rejoindra également le groupe d'utilisateurs de l'EIC, nécessitant des voyages fréquents aux USA pour la prise de données et des conférences. L'étudiant aura l'opportunité de présenter le résultat de ses recherches lors de conférences inter nationales.
Coexistence des formes dans les noyaux atomiques autour du 96Zr

SL-DRF-22-0277

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Magdalena Zielinska

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Magdalena Zielinska
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

01 69 08 74 86

Directeur de thèse :

Magdalena Zielinska
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

01 69 08 74 86

Le cadre général de ce sujet est la structure nucléaire et plus particulièrement l’étude de la forme des noyaux de masse intermédiaire (A~100).

La forme des noyaux est une des propriétés nucléaires fondamentales. Elle est gouvernée à la fois par des effets macroscopiques et microscopiques tels que la structure en couche du noyau. Certains noyaux présentent un phénomène de coexistence de formes : le noyau change radicalement de forme à une faible énergie d’excitation. Récemment, l’observation d’un état déformé dans le noyau magique du 96Zr a été explique par une réorganisation des couches nucléaires en fonction de leur remplissage par les protons et les neutrons. La thèse se focalisera sur l’étude expérimentale des propriétés nucléaires d’un noyau voisin (100Ru), plus accessible expérimentalement, ou la présence du même phénomène est suggéré. Deux méthodes expérimentales seront utilisées : spectroscopie gamma suivant une capture neutronique, et l’excitation coulombienne, qui est la méthode la plus directe pour déterminer les formes des noyaux dans leurs états excités. L’étudiant(e) sera en charge de l’analyse des expériences réalisées auprès deux installations: FIPPS (ILL, Grenoble) et HIL (Université de Varsovie, Pologne).

DE NOUVELLES PISTES POUR L'ETUDE DES NOYAUX LOURDS

SL-DRF-22-0247

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

barbara sulignano

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2022

Contact :

barbara sulignano
CEA - DRF/IRFU


Directeur de thèse :

barbara sulignano
CEA - DRF/IRFU


La chasse aux éléments super lourds est l'un des sujets les plus passionnants et les plus actifs de ces dernières années et a déjà produit de nouveaux éléments tels que 113, 115, 117 et 118 dans des expériences d'accélérateur. Tous ces noyaux peuvent être produits par des réactions de fusion-évaporation. Cependant, leurs études sont grandement entravées par les taux de production extrêmement faibles, d'où la difficulté a avoir des informations expérimentales dans cette région. Les faisceaux stables de haute intensité de l'accélérateur linéaire supraconducteur de l'installation SPIRAL2 au GANIL, couplés au spectromètre à super-séparateur (S3) et à un spectromètre à plan focal à haute performance (SIRIUS), ouvriront de nouveaux horizons pour la recherche dans les domaines de ces noyaux rares et des phénomènes de faible section à la limite de la stabilité nucléaire. L'étudiant participera activement aux tests de l'ensemble du détecteur SIRIUS au GANIL.

Les informations sur les éléments les plus lourds ont été obtenues jusqu'à présent par des réactions de fusion-évaporation. Il est cependant bien connu que les seuls noyaux que l'on peut atteindre par des réactions de fusion-évaporation sont déficients en neutrons et, de plus, en nombre très limité (en raison du nombre restreint de combinaisons faisceau-cible). Une alternative à la fusion-évaporation pourrait être une méthode révolutionnaire basée sur des collisions inélastiques en profondeur. L'étudiant prendra donc une part active a l'étude de la structure nucléaire des éléments lourds en utilisant la nouvelle méthode alternative des réactions de transfert multi-nucleons.

Première mesure de la résonance pygmée par diffusion inélastique de neutrons auprès de NFS à GANIL

SL-DRF-22-0240

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Marine VANDEBROUCK

Diane DORÉ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Marine VANDEBROUCK
CEA - DRF/IRFU


Directeur de thèse :

Diane DORÉ
CEA - DRF/IRFU

01.69.08.41.24

La résonance géante dipolaire, qui correspond à l’oscillation en opposition de phase des protons en neutrons, est un mode de vibration bien connu du noyau situé entre 12 et 24 MeV d’énergie d’excitation. Dans les noyaux riches en neutrons, une résonance dipolaire additionnelle a été observée proche du seuil d’émission neutron. Cette petite structure, en comparaison de la résonance géante dipolaire, est communément appelée résonance dipolaire pygmée (PDR) et est décrite comme l’oscillation d’une peau de neutrons contre un cœur symétrique en nombre de protons et de neutrons. La PDR a été le sujet de nombreuses études à la fois expérimentales et théoriques. En effet, l’étude de la PDR a suscité et suscite toujours beaucoup d’intérêt puisqu’elle permet de contraindre l’énergie de symétrie, un ingrédient important de l’équation d’état de la matière nucléaire qui décrit la matière au sein des étoiles à neutrons. De plus, la présence d’une résonance dipolaire proche du seuil d’émission neutron est prédite comme pouvant jouer un rôle clé dans le processus-r (processus qui pourrait expliquer la synthèse des noyaux lourds) via l’augmentation du taux de capture neutronique. Cependant, malgré de nombreux résultats expérimentaux, une description cohérente de la PDR n’a pas pu être extraite. Dans ce contexte, nous proposons d’aller étudier la PDR en utilisant une nouvelle méthode expérimentale : la diffusion inélastique de neutrons. Cette nouvelle sonde, élémentaire car composée d’un seul nucléon, non soumise à l’interaction coulombienne car neutre, est une approche originale qui apportera un regard neuf sur la nature de la PDR.



Le laboratoire LENA (Laboratoire d’Etude du Noyau Atomique), au sein du Département de Physique Nucléaire (DPhN) de l’IRFU, est fortement impliqué dans l’étude de la structure du noyau atomique. Les chercheurs du LENA travaillent, depuis longtemps, en étroite collaboration avec les équipes du GANIL (France), de GSI (Allemagne), de l’Université de Jyväskylä (Finlande)… où ils réalisent leurs expériences. Les faisceaux de haute intensité produits par GANIL-SPIRAL2, associés au système de production de faisceaux de neutrons NFS (Neutron For Science), permettent depuis 2021 de produire des faisceaux de neutrons aux énergies adaptées à la diffusion inélastique de neutrons avec des intensités sans précédent.



L’objectif de la thèse est d’étudier pour la première fois la résonance pygmée par diffusion inélastique de neutrons. La thèse consistera en : i) la participation à l’expérience, ii) l’analyse des données, et iii) l’interprétation des résultats en collaboration avec les théoriciens.

Processus d’échange de charge et fonction force béta dans la désintégration béta des produits de fissions

SL-DRF-22-0410

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Alain LETOURNEAU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Alain LETOURNEAU
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

33 (0)1 69 08 76 01

Directeur de thèse :

Alain LETOURNEAU
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

33 (0)1 69 08 76 01

Bien que connue depuis plus de 80 ans, la désintégration béta reste un sujet d’étude de grande actualité car au cœur de nombreuses applications où les processus retardés sont important, comme les neutrons retardés utilisés pour le pilotage des réacteurs nucléaires ou la puissance résiduelle après des phases transitoires de fonctionnement des réacteurs nucléaires. Sur le plan fondamental, elle joue un rôle capital dans la découverte et dans l’étude des propriétés des neutrinos issus de réacteurs nucléaires.

Dans ce travail de thèse nous proposons de développer un modèle phénoménologique de fonction force béta qui décrit le processus d’échange de charge dans le noyau (un neutron se transforme en proton). Ce modèle devra intégrer le maximum de physique connue et pourra s’appuyer sur des résultats de calculs microscopiques. Un premier attendu du travail sera d’utiliser ce modèle pour générer une référence de spectres en énergie d’électrons et d’anti-neutrinos non biaisés à l’aide du code BESTIOLE. Cet attendu permettra d’étudier l’origine de l’anomalie des neutrinos réacteurs et servira de référence pour les expériences de neutrinos réacteur actuelles et futures. Un second attendu sera d’implanté ce modèle dans des codes plus évolués comme le code de désexcitation neutron et gamma FIFRELIN. Ceci permettra à terme la mise en place d’un outil de traitement des processus prompts et retardés de la fission. Dans le cas de cette thèse, il sera appliqué à l’analyse des spectres gamma retardés de l’expérience FIPPS à l’ILL.

Recherche d’un nouveau type de radioactivité : la double décroissance alpha

SL-DRF-22-0356

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

Laboratoire études du noyau atomique (LENA) (LENA)

Saclay

Contact :

Christophe THEISEN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Christophe THEISEN
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

01 69 08 74 54

Directeur de thèse :

Christophe THEISEN
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LENA

01 69 08 74 54

Page perso : https://irfu.cea.fr/Pisp/christophe.theisen/

Labo : https://irfu.cea.fr/dphn/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=2647

Nous proposons une étude théorique et expérimentale d’un nouveau type de radioactivité nucléaire qui reste à découvrir : la double décroissance alpha. Le volet théorique permettra de déterminer le noyau pour lequel la signature expérimentale de la radioactivité double alpha est la plus claire. Quant au volet expérimental de la thèse, il consistera à optimiser le dispositif de détection en vue de nouvelles expériences qui pourraient être réalisées au CERN et mener à la découverte de cette nouvelle radioactivité.
Étude de la production de Quarkonia prompt et non-prompt dans les collisions Pb-Pb à 5 TeV du Run 3 du LHC

SL-DRF-22-0369

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Javier CASTILLO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Javier CASTILLO
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

+33 169087255

Directeur de thèse :

Javier CASTILLO
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LQGP

+33 169087255

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

Voir aussi : https://alice-collaboration.web.cern.ch

Quelques micro-secondes 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. Ces conditions sont réunies dans les collisions d’ions lourds ultra-relativistes au LHC au CERN.

Parmi les différentes observables du QGP, l’étude de la production d’hadrons contenant des quarks lourds (c ou b) et des quarkonia (états liés c-cbar ou b-bbar) est particulièrement pertinente pour comprendre les propriétés du QGP.

Les quarkonia sont des particules rares et très lourdes qui sont produites aux premiers instants de la collision principalement par des processus de fusion de gluons. Ainsi elles sont crées avant même la formation du QGP et constituent des sondes idéales de celui-ci. En traversant le QGP, la paire quark/anti-quark serait écrantée par les nombreux quarks et gluons du plasma. Il s’agit du mécanisme de suppression des quarkonia par écrantage de couleur par le QGP. Les différents états des quarkonia ayant des énergies de liaison différentes, la probabilité de dissociation de chaque état sera différente, on parle alors de suppression séquentielle des quarkonia. 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, les Upsilon (b-bbar) et les J/psi (c-cbar) sont complémentaires, les premiers seraient plus aptes pour étudier la suppression séquentielle, alors que les seconds permettraient d’étudier d'éventuels mécanismes de régénération. D’autre part les J/psi non-prompt qui sont issus de la décroissance des hadrons contenant un quark b, donnent accès aux propriétés du transport des quarks b dans le QGP. Plus récemment, la photo-production des J/psi dans les collisions Pb-Pb périphériques à été mise en evidence, il s’agit de J/psi produits à partir du flux de photons émis par les noyaux de Pb en mouvement et qui sont principalement produits avec une très faible impulsion transverse. La caractérisation de ces quarkonia photo-produits permettra de mieux contraindre l’état initial de la collision ainsi que les propriétés du QGP.

Nous proposons d’étudier la production des quarkonia prompt et non-prompt dans les collisions Pb-Pb à une énergie dans le centre de masse de la collision par paire de nucleon (sqrt(sNN)) de 5 TeV au LHC avec les premières données du Run 3 (2022-2024). Une amélioration du système de détection d’ALICE est en cours, avec notamment l’ajout d’un trajectographe à pixels en silicium pour compléter le spectromètre à muons d’ALICE et une nouvelle électronique de lecture de ce dernier. Ces ameliorations permettront, d’une part, de profiter au maximum de l’augmentation en luminosité du LHC et ainsi de tripler en une seule année la quantité de données collectées pendant tout le Run 2 (2015-2018) du LHC et, d’autre part, de séparer les contributions prompt et non-prompt grâce à la mesure de precision du vertex de décroissance en deux muons des quarkonia.

Dans un premier temps, le candidat mettra en place les procedures de séparation des quarkonia prompt et non-prompt. En ce faisant, l'étudiant contribuera au développement du nouveau code de reconstruction, simulation, calibration et analyse (aussi appelé O2) que la Collaboration ALICE développe pour les Runs 3 et 4 du LHC. Dans un deuxième temps, le candidat étudiera la production des quarkonia prompt et non-prompt en Pb-Pb en termes de taux et d’anisotropie de production. Ces études pourront se faire en fonction de la centralité de la collision, de l’impulsion transverse et de la rapidité du quarkonia, pour différents types de quarkonia. En fonction de l’état d’avancement de la thèse ces études prioritaires pour les quarkonia issus des collisions hadroniques pourront être étendues aux quarkonia photo-produits.
Étude des anomalies dans la production des fragments de fission par l’analyse de leur gamma prompts

SL-DRF-22-0401

Domaine de recherche : Physique nucléaire
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Thomas MATERNA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Thomas MATERNA
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169084091

Directeur de thèse :

Thomas MATERNA
CEA - DRF/IRFU/DPhN/LEARN

0169084091

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

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

L’analyse des gamma prompts émis par les fragments de fission est devenue un outil indispensable pour étudier le processus de fission nucléaire. Elle permet de sonder les propriétés intrinsèques des fragments ou d’explorer des effets encore peu étudiés expérimentalement comme l’influence de la forme des fragments sur le processus de fission, le partage de l’énergie d’excitation entre les fragments ou encore la distribution des spins des fragments juste après la scission. D’autre part, la mesure des rayons gammas prompt de fission fournit des données nucléaires utiles à la simulation des réacteurs.



Le travail de thèse consistera à explorer la possibilité d’utiliser les gamma prompts pour estimer la population des fragments - les rendements indépendants de fission - en comparant les valeurs obtenues par cette méthode avec des rendements évalués, mesurés notamment par spectrométrie de masse. L’objectif est de comprendre les anomalies, des déficits importants dans les rendements obtenus par la méthode des gamma prompts que l’on rencontre sur plusieurs noyaux bien produits, en testant différentes hypothèses dans la modélisation du processus de fission et de la désexcitation des fragments. Dans un deuxième temps, le travail consistera à déterminer les rendements de fragments lourds, riches en neutrons, pour lesquels les rendements, obtenus via la mesure de leurs gamma retardés, sont sujets à caution.

Seront exploitées à cette fin les données sur la fission thermique de l’U-235 et de l’U-233 déjà mesurées par le spectromètre gamma FIPPS installé auprès du réacteur de recherche de Grenoble et éventuellement les prochaines mesures avec FIPPS sur la fission thermique du Cm-245.
Etude des fluctuations et de l'émergence de structures spatiales associées au processus de transport branchant. Application à la neutronique et à la mécanique quantique.

SL-DRF-22-0290

Domaine de recherche : Physique théorique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Nucléaire (DPhN)

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

Saclay

Contact :

Eric DUMONTEIL

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Eric DUMONTEIL
CEA - DRF

+33169085576

Directeur de thèse :

Eric DUMONTEIL
CEA - DRF

+33169085576

Page perso : http://eric.dumonteil.free.fr

Labo : https://irfu.cea.fr/

Voir aussi : https://irfu.cea.fr/dphn/index.php

L'étude des marches aléatoires branchantes permet de caractériser de nombreux phénomènes tels que la propagation des épidémies, la transmission génétique au sein de populations, le mode fondamental de systèmes quantiques 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 neutrons présente dans un réacteur nucléaire, que l'on décrit à l'aide de la fonction de corrélation spatiale. Des approches fondées sur l'utilisation d'outils de la théorie quantique des champs (QFT) ont permis de calculer 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, où les productions et les disparitions se compensent exactement).



Cette thèse de doctorat propose par conséquent de mettre au point une approche Lagrangienne dans cet objectif, en calquant une technique élaborée par Doi et Peliti et reprise par Garcia-Millan, afin de retrouver les résultats de l'approche QFT puis d'étendre ces derniers à différentes observables. Pour ce faire, il conviendra de prendre en compte ainsi le transport spatial 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. Une dernière partie du travail doctoral consistera alors a investiguer les conséquences de ces travaux dans le domaine de la neutronique (calcul des fluctuations de la population de neutrons dans la viccinité du point critique, et caractérisation de l'effet de clustering) ainsi que dans le domaine de la mécanique quantique (étude des modes propres d'un système quantique par une approche de type Nagasawa, c'est à dire en s'intéressant à l'équivalence entre les équations de la diffusion à temps réel et à temps complexe).

 

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