13 sujets IRFU

Dernière mise à jour : 27-05-2022


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• Physique des particules

 

BINGO: Bi-Isotope 0nBB Next Generation Observatory

SL-DRF-22-0338

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Sources et Réacteurs (GNSR)

Saclay

Contact :

Claudia Nones

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

Contact :

Claudia Nones
CEA - DRF/IRFU/DPHP/GNSR

0169083520

Directeur de thèse :

Claudia Nones
CEA - DRF/IRFU/DPHP/GNSR

0169083520

Voir aussi : https://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=4713

BINGO est un nouveau projet financé par une bourse ERC. Il mettera les bases pour une expérience bolométrique à grande échelle pour la recherche de la désintégration double bêta sans neutrinos avec un indice de bruit de fond d'environ 10-5 coups/(keV kg y) et avec une très haute résolution en énergie dans la région d'intérêt. Ces caractéristiques permettront de rechercher la violation du nombre leptonique avec une sensibilité sans précédent. BINGO est basé sur des bolomètres luminescents pour le rejet du fond dominant de la surface alpha. Il se concentrera sur deux isotopes extrêmement prometteurs - 100Mo et 130Te - qui ont des mérites complémentaires et méritent d'être considérés tous deux pour de futures recherches à grande échelle.

Le projet apportera trois ingrédients originaux à la technologie bien établie des bolomètres hybrides chaleur-lumière : i) la sensibilité du détecteur de lumière sera augmentée d'un ordre de grandeur grâce à l'amplification Neganov-Luke ; ii) un assemblage de détecteur révolutionnaire réduira la contribution totale de la radioactivité de surface d'au moins un ordre de grandeur ; iii) pour la première fois dans un assemblage de macrobolomètres, un écran actif interne, basé sur des scintillateurs ZnWO4 ou BGO ultrapurs avec lecture de la lumière bolométrique, supprimera le fond gamma externe. Dans cette thèse, l'étudiant(e) contribuera à l'assemblage et à l'installation d'un démonstrateur, MINI-BINGO, dans un nouveau cryostat au Laboratoire Souterrain de Modane. Il/elle participera à la prise de données et à leur analyse. Il/elle estimera le rejet final du bruit de fond rendu possible par les performances de la configuration finale du détecteur.

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.

Développement d'un détecteur PICOSEC-Micromegas pour ENUBET

SL-DRF-22-0811

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-05-2022

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Le projet ENUBET (Enhanced NeUtrino BEams from kaon Tagging) vise à construire un faisceau de neutrinos monitoré afin de réduire l'incertitude sur le flux et la section efficace des neutrinos à <1%. Face au taux élevé d'événements attendus dans ENUBET, la résolution temporelle du détecteur est essentiel pour la reconstruction des événements et la diminution du mixage des différents événements. Un échantillonnage des détecteurs sub-ns permettrait une corrélation un à un entre les positrons tagués dans la ligne de faisceau et les neutrinos tagués dans le détecteur lointain, transformant ENUBET en premier "faisceau de neutrinos tagués".



PIMENT est un projet de R&D financé par l'ANR pour développer de nouveaux instruments de détection basés sur le concept PICOSEC-Micromegas et démontrer l'impact de ces détecteurs sur les recherches en Nouvelle Physique. L'exploitation éventuelle de la technologie PICOSEC-Micromegas sera étudiée pour le taguer et les détecteurs de neutrinos de ENUBET.



Dans la cadre de la thèse proposée, le candidat retenu : a) réaliser des études de cas de physique sur l'impact de l'utilisation de la technologie PICOSEC Micromegas dans ENUBET pour différents scénarios : Les micromégas PICOSEC comme couches T0, les micromégas PICOSEC intégrés dans le callorimètre électromagnétique, l'instrumentation du dump hadronique, le tagging temporel dans le callorimètre à argon liquide ; b) participer au développement de prototypes modulaires, multi-voies (~100 de pads) équipés de nouvelles photocathodes à base de carbone avec un yield suffisant de photo-électrons, adaptés aux besoins spécifiques de chaque scénario ; c) étudier les performances temporelles des prototypes avec le laser UV fs au IRAMIS, CEA/Saclay et avec les faisceaux de particules au CERN ; d) évaluer les performances des prototypes en utilisant une nouvelle électronique, basée sur le circuit de lecture SAMPIC.

Etude des performances du détecteur proche de l'expérience T2K et mesure de la violation de CP dans les oscillations des neutrinos

SL-DRF-22-0275

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Neutrinos Accélérateurs (GNA)

Saclay

Contact :

Jean-Francois Laporte

Samira Hassani

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

Contact :

Jean-Francois Laporte
CEA - DRF/IRFU/SPP/Atlas

01 69 08 37 49

Directeur de thèse :

Samira Hassani
CEA - DRF/IRFU/DPHP/TK2

0169087226

La découverte de la masse non nulle des neutrinos a ouvert une fenêtre sur une nouvelle physique au-delà du modèle standard. L'étude des oscillations de neutrinos est aujourd’hui un secteur très prometteur pour la recherche de nouveaux phénomènes inattendus. En particulier, l'analyse des oscillations des neutrinos et des anti-neutrinos auprès des expériences T2K et NOVA a fourni les premières indications sur la violation de CP dans le secteur leptonique. Si une violation de la symétrie CP pouvait être observée dans les neutrinos, ce serait une découverte majeure qui pourrait résoudre l'une des questions les plus fondamentales à laquelle la physique s’attache à répondre qui est la prédominance de la matière sur l’antimatière dans l’Univers.



T2K est une expérience sur les neutrinos conçue pour étudier comment les neutrinos passent d'une saveur à une autre au cours de leur voyage (oscillations des neutrinos). Un faisceau intense de neutrinos muoniques est généré sur le site de J-PARC sur la côte est du Japon et dirigé vers le détecteur de neutrinos Super-Kamiokande dans les montagnes de l'ouest du Japon. Le faisceau est mesuré une fois avant de quitter le site du J-PARC, à l'aide du détecteur proche ND280, et à nouveau à Super-Kamiokande : l'évolution de l'intensité mesurée et de la composition du faisceau est utilisée pour renseigner sur les propriétés des neutrinos.



Les travaux de la thèse proposée se concentreront sur l'installation, la mise en service et l'exploitation scientifique de la chambre de projection temporelle à grand angle (TPC à grand angle). L'objectif de ce nouveau détecteur est d'améliorer les performances du détecteur proche ND280, de mesurer le taux d'interaction des neutrinos et de contraindre les sections efficaces d'interaction des neutrinos afin que l'incertitude sur le nombre d'événements prédits à Super-Kamiokande soit réduite à environ 4% (d’environ 8 % à ce jour). Cela permettra d'améliorer la portée physique du projet T2K-II. Cet objectif est atteint en modifiant la partie amont du détecteur, en ajoutant un nouveau détecteur à scintillateur hautement granulaire (Super-FGD), deux nouvelles TPC et six plans Time Of Flight.



Les nouvelles TPC seront lues par des détecteurs résistifs Micromegas et instrumentées avec une cage de champ compacte et légère. La TPC mesurera la charge ; l'impulsion et les directions des traces produites par les particules chargées et fournira une identification des particules par mesure de dE/dx avec une efficacité et une précision excellentes. Les prototypes de détecteurs des nouvelles TPC ont été testés avec succès en été 2018, 2019 et 2021 sur les faisceaux test du CERN et de DESY, validant les technologies des détecteurs et leurs performances.

Le groupe de l’IRFU est fortement impliqué dans le projet TPC, notamment dans la production et les tests des détecteurs Micromegas. La construction du détecteur est en cours pour une installation au Japon en 2022.



La première partie de la thèse sera consacrée à l'analyse des données de la TPC. L'étudiant contribuera à la mise en service et à la prise de données et à l’analyse des premières données de faisceaux prévues en 2023. Le travail portera sur la caractérisation du détecteur résistif Micromegas. Il s'agit d'un détecteur innovant, qui exploitera pour la première fois la technologie résistive pour améliorer la résolution sur la reconstruction des pistes dans la TPC. Le groupe de l’IRFU a été l'initiateur à la fois de la technologie originale Micromegas et de sa mise en œuvre en version résistive. Une R&D de pointe menée à l'IRFU a conduit aujourd'hui au déploiement d'une telle technologie dans un détecteur réel. Un travail fondateur et sans précédent de compréhension quantitative et de simulation de la propagation de la charge dans le détecteur résistif est en cours.



De nouveaux algorithmes de reconstruction sophistiqués doivent être développés pour profiter pleinement des nouvelles capacités du détecteur. En particulier, les informations temporelles liées aux phénomènes résistifs et encodées dans les formes des signaux doivent être exploitées. En effet, la technologie résistive apporte des performances améliorées mais aussi de nouveaux défis : l'étalement des charges sur plusieurs pads, induit par les phénomènes résistifs, augmentera fortement la multiplicité des signaux à analyser.



Les méthodes d'apprentissage automatique (ML) seront explorées pour effectuer la rejection des bruits de fond et l'identification des particules à l'étape de présélection, ainsi que la reconstruction des traces. Les méthodes d'apprentissage automatique sont connues pour avoir amélioré les performances de nombreuses expériences de physique des neutrinos (SNO, NEXT, NOvA, KamLAND-Zen, EXO-200, MINERvA). Produire des images comme des structures à partir des données des détecteurs permet de bénéficier des capacités de reconnaissance des formes de ces outils et d'améliorer les caractéristiques utiles des données, ils peuvent améliorer non seulement les tâches de classification des événements mais aussi des particules.



Nous proposons dans un premier temps d'appliquer les techniques de ML pour traiter les informations de la TPC. Le temps d'arrivée sur le plan de l'anode résistive donne la coordonnée z perpendiculaire à ce plan (x,y). Un événement dans la TPC est représenté par deux images se projetant sur les plans (x,y) et (y,z), l'échelle de couleur étant la charge du pad pour incorporer l'information sur dE/dx. Cela permettra de traiter les informations de la TPC comme des images et d'utiliser les puissants algorithmes ML utilisés dans l'analyse d'images. Nous prévoyons d'utiliser des implémentations reposant sur des réseaux de neurones convolutifs (CNN) (pour certains, en adaptant l'architecture CNN de GoogLeNet) initialement conçus pour la reconnaissance d'images. Pour réduire significativement le temps d'apprentissage, nous utiliserons des unités de traitement graphique (GPU), qui permettent d'effectuer des opérations de calcul en parallèle. Au niveau de la TPC, nous souhaitons utiliser ces techniques pour l'identification de particules (PID) et éventuellement pour la pour la reconnaissance de formes.



Ensuite, nous prévoyons d'utiliser des techniques ML combinant la TPC et le SFGD central pour l'identification de particules (muon provenant de pion ou de proton) ainsi que pour la classification d'événements. Dans le ND280, le faisceau de neutrinos muoniques interagit principalement via l'interaction quasi-élastique des courants chargés, par exemple (’µ + n ’ p + µ-). Pour l'analyse de l'oscillation, les données sont séparées par la topologie de l'événement dans l'une des trois catégories basées sur le nombre de pions de l'état final (aucun pion, un pion chargé ou un nombre quelconque de pions). Un référentiel sera préparé, qui contiendra les images dans un format adapté à l'entraînement de différents algorithmes ML. Les échantillons définis ci-dessus peuvent être sélectionnés en utilisant les données disponibles, collectées par T2K. D'autres événements chargés feront partie de l'échantillon de fond. Un cadre sera développé pour permettre le test de divers algorithmes de détection et de classification d'objets.



La deuxième partie de la thèse sera consacrée à l'analyse des données T2K des faisceaux des neutrinos, recueillies avec le détecteur amélioré ND280, afin d'extraire une nouvelle mesure, la plus précise possible, des oscillations de neutrinos. Les travaux porteront sur la définition du choix des nouveaux échantillons, l'évaluation des incertitudes systématiques expérimentales correspondantes et la modification du cadre d'analyse pour l'ajustement des paramètres d'oscillation des neutrinos. L'extraction des contraintes du détecteur proche doit être profondément modifiée pour inclure les informations des protons et des neutrons détectés provenant des interactions du neutrino avec les noyaux, qui ne sont pas pris actuellement en compte dans l’analyse.

IONS D’ANTIHYDROGENE : MESURE DE SECTIONS EFFICACES DE PRODUCTION ET PREMIERE DETECTION

SL-DRF-22-0784

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Antimatière et gravitation (GAG)

Saclay

Contact :

Pauline Comini

Patrice Pérez

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

Contact :

Pauline Comini
CEA - DRF/IRFU/DPhP

+41227663573

Directeur de thèse :

Patrice Pérez
CEA - DRF/IRFU/DPhP

0612573587

Labo : https://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=784

Voir aussi : https://gbar.web.cern.ch/

La thèse s’inscrit dans le cadre de l’expérience GBAR au CERN, qui vise à mesurer l’accélération de la pesanteur terrestre pour des atomes d’antihydrogène ultra-froids. L’étape-clé pour obtenir ces anti-atomes ultra-froids est de produire d’abord des ions positifs d’antihydrogène (deux positons liés à un antiproton, l’équivalent de H-), en utilisant du positronium (état lié électron-positon).

Le sujet de thèse est dédié à l’étude de la réaction d’échange de charge entre un atome d’antihydrogène et un atome de positronium, produisant un ion positif d’antihydrogène. Il s’agit d’une part de mesurer les sections efficaces de cette réaction, en passant par la réaction conjuguée de charge produisant H-, et d’autre part de démontrer et optimiser la production de cet anti-ion. La réalisation de chacun de ces deux objectifs est une avancée majeure : une mesure expérimentale des sections efficaces permettra de tester différents modèles théoriques de collisions atomiques à basse énergie qui sont actuellement en désaccord ; quant à l’ion antihydrogène, nécessaire à GBAR, il ouvrira de nouvelles voies pour les futures études sur l’antimatière.

La thèse se déroulera principalement au CERN. De 2022 à 2024, GBAR recevra du faisceau d’antiprotons et de H- et cette période sera donc consacrée à la préparation et la réalisation des mesures expérimentales. L’année 2025 sera en majorité dédiée au traitement des données et à la rédaction de la thèse.
Mesure de la luminosité du LHC avec le calorimètre à argon liquide d’ATLAS et recherche de particules lourdes à longue durée de vie

SL-DRF-22-0296

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Atlas (ATLAS)

Saclay

Contact :

Philippe Schwemling

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

Contact :

Philippe Schwemling
CEA - DRF/IRFU

33 1 69 08 85 85

Directeur de thèse :

Philippe Schwemling
CEA - DRF/IRFU

33 1 69 08 85 85

Depuis la découverte du boson de Higgs en 2012, les efforts des expériences LHC sont focalisés sur la recherche de

phénomènes nouveaux, au-delà du Modèle Standard. Un des aspects importants dans la comparaison entre les observations

et la théorie est d’être capable de normaliser aussi précisément que possible les observations par rapport à la théorie,

donc de mesurer aussi précisément que possible la luminosité de l’accélérateur. L’objectif est d’atteindre une précision

meilleure que 1% au cours des prochaines années, ce qui est un facteur deux à trois meilleur que la précision atteinte

actuellement.



Lors du redémarrage du LHC début 2022, il est prévu d’accroître la luminosité de la machine d’un facteur deux environ.

Pour exploiter au mieux cette augmentation de luminosité, le système de déclenchement du calorimètre a été largement revu. Il sera basé sur l’analyse en temps réel des signaux numérisés à la volée.

Une caractéristique importante de ce nouveau système de déclenchement est sa capacité à mesurer pour chaque collision

entre deux paquets de protons l’énergie totale déposée dans le calorimètre. Combiné à la stabilité, l’excellente

linéarité et à l’uniformité de réponse du calorimètre à argon liquide d’ATLAS, le nouveau système de déclenchement offre

le potentiel d’une mesure de la luminosité avec d’excellentes caractéristiques en termes de linéarité et de stabilité.

Une voie très prometteuse est l’utilisation de réseaux de neurones pour analyser les données.



Une autre caractéristique du système de déclenchement est sa capacité unique à garder trace de l’historique des

interactions dans le détecteur sur un temps nettement plus long que ce que peut faire le système de lecture central.

Ceci permettra à terme, pour les prises de données prévues au-delà de 2025 de compenser en temps réel l’effet de la

charge d’espace générée sur la mesure d’énergie du détecteur. Surtout, cette caractéristique ouvre la possibilité de

détecter des particules dont la désintégration survient longtemps (plusieurs dizaines ou centaines de ns, à comparer

aux 25 ns entre deux croisements consécutifs) après leur création, donc lentes et très massives, presque jusqu’à la

limite cinématique de 7 TeV, bien au-dessus de la limite atteignable par des techniques de recherche plus classiques. De

telles particules apparaissent dans de nombreuses classes de modèles supersymétriques.
Photo-Détecteur SiPM fin et rapide pour l'imagerie TEP temps de vol et de haute résolution spatiale

SL-DRF-22-0252

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Santé et Energie (GSE)

Saclay

Contact :

Viatcheslav SHARYY

Dominique YVON

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Viatcheslav SHARYY
CEA - DRF/IRFU

0169086129

Directeur de thèse :

Dominique YVON
CEA - DRF/IRFU/DPHP

01 6908 3625

Page perso : https://irfu.cea.fr/Pisp/dominique.yvon/

Labo : https://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3730&voir=3944

La tomographie par émission de positrons (TEP) est une technique d'imagerie nucléaire largement utilisée en oncologie et en recherche neurobiologique. La désintégration du traceur radioactif émet des positrons, qui s'annihilent en deux photons de 511 keV. Ils permettront par la technologie du temps de vol de reconstruire le point d’annihilation et la distribution de l'activité du traceur dans le corps du patient.

Dans cette thèse, nous proposons de contribuer à un détecteur ambitieux et breveté, basé sur des cristaux Cherenkov/Scintillant. Le premier prototype est en cours de test au laboratoire.

L'appareil utilise des technologies avancées de détection rapide de particules : un cristal scintillateur dense, un photomultiplicateur à galette micro-canaux pour sa première face du cristal, des amplificateurs gigahertz et des modules d'acquisition rapide (WaveCatcher, SAMPIC).

Le doctorant travaillera à choisir les technologies et à réaliser un photo-détecteur mince, de haute résolution temporelle, (quelques dizaines de ps) destiné à instrumenter la seconde face du détecteur. La technologie aujourd’hui privilégiée serait une matrice de SiPM rapides.

Vous testerez les technologies de SiPM disponibles, participerez à la conception de l’assemblage du photodétecteur. Vous participerez aux mesures sur banc de test et sur prototypes et analyserez les données mesurées. Ceci dans le but d’optimiser la résolution temporelle, spatiale et l’efficacité du détecteur. Cela impliquera de nombreuses compétences en instrumentation: photo-détection, électronique rapide (analogique et numérique, à une précision de quelques picosecondes), simulations de détecteurs au moyen des logiciels GEANT4 et GATE.

Supervision

Le candidat retenu travaillera au sein du Département de physique des particules de l'IRFU en étroite collaboration avec le Département des détecteurs, d’électroniques et d’informatique pour la physique. Le groupe CaLIPSO comprend deux physiciens et deux étudiants et deux post-docs. Nous collaborons étroitement avec le CNRS-IJC-labs sur l'électronique de lecture rapide, avec le CPPM de Marseille et le CEA-SHFJ, sur les dispositifs d'imagerie médicale, le CEA-DES sur les algorithmes de reconstruction d'images, et avec l'Université de Munster (Allemagne).

Pré-Requis:

Des connaissances en physique générale, physique de l'interaction particules-matière, de la radioactivité et des principes des détecteurs de particules, ainsi que une vocation pour le travail instrumental, et pour l'analyse de données sont obligatoires. Etre à l'aise en programmation, avoir une formation en simulation Gate/Geant4 et en C++ seront un atout.

Compétences acquises:

Vous acquerrez des compétences en instrumentation de détecteurs de particules, en simulation de détecteurs de rayonnements, en photo-détection, sur la mise en œuvre, et l’exploitation d'électronique de numérisation rapide et en analyse de données.
Recherche d'axion solaires avec l'International Axion Observatory avec des détecteurs Micromegas

SL-DRF-22-0310

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU

Esther FERRER RIBAS

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

Contact :

Thomas PAPAEVANGELOU
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

01 69 08 2648

Directeur de thèse :

Esther FERRER RIBAS
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169083852

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/esther.ferrer-ribas/

Labo : http://irfu.cea.fr/dedip/index.php

Voir aussi : https://iaxo.web.cern.ch/content/home-international-axion-observatory

Axions were introduced as the most promising solution in explaining the absence of Charge-Parity symmetry violation in the strong interaction. These neutral, very light particles, interact so weakly with ordinary matter that they could contribute to the Dark Matter. Axion search techniques rely on their interaction with photons. Helioscopes search for axions produced in the solar core by the conversion of plasma photons into axions giving rise to a solar axion flux at the Earth surface, with energy spectrum at the region 1-10 keV.

The International Axion Observatory (IAXO) will achieve a signal-to-background ratio of about 4-5 orders of magnitude better than most sensitive experiments today. BabyIAXO, an intermediate experimental stage of IAXO, will be hosted at DESY (Germany). BabyIAXO is conceived to test all IAXO subsystems (magnet, optics and detectors) at a relevant scale for the final system and thus serve as prototype for IAXO, but at the same time as a fully-fledged helioscope with relevant physics reach in itself, and with potential for discovery. IAXO and BabyIAXO will be equipped with X-ray optics coupled to low background X-ray detectors. The required levels of background are extremely challenging, a factor 10 better than current levels.

The PhD will work on the X-ray detector development in particular of the new generation of Micromegas detectors. The development will be focused on the optimization of the background level by a multi-approach strategy coming from ground measurements, screening campaigns of components of the detector, underground measurements, background models, in-situ background measurements as well as refinement of rejection algorithms. Physics analysis of BabyIAXO data is expected in the last year of the PhD.

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.
TRAITEMENT/ANALYSE DES DONNÉES DES EXPERIENCES NUCLEUS ET CRAB POUR LA MESURE DE LA DIFFUSION COHERENTE DES NEUTRINOS DE REACTEUR

SL-DRF-22-0270

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Sources et Réacteurs (GNSR)

Saclay

Contact :

Thierry Lasserre

Edoardo MAZZUCATO

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

Contact :

Thierry Lasserre
CEA - Liste des pôles/Liste des départements/Liste des services/Double Chooz

0169083649

Directeur de thèse :

Edoardo MAZZUCATO
CEA - DRF/IRFU/DPHP

+33169084476

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/thierry.lasserre/

Labo : https://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=2260

L'expérience NUCLEUS vise à détecter la diffusion élastique cohérente des neutrinos et des noyaux (CEvNS) à la centrale nucléaire de Chooz à l'aide de détecteurs cryogéniques à l'échelle du gramme à très bas seuil. Cette technologie permettra de miniaturiser les détecteurs de neutrinos et a le potentiel de sonder la physique au-delà du modèle standard de la physique des particules dans une deuxième phase à l'échelle du kilogramme. La compréhension approfondie des données de NUCLEUS sera réalisée par une expérience d'étalonnage dédiée, appelée CRAB, qui aura lieu à proximité du réacteur de recherche Triga à Vienne.

Le doctorat concerne l'analyse des données de la première phase de l'expérience NUCLEUS en intégrant les résultats de l'étalonnage de l’expérience CRAB dans l'analyse NUCLEUS. L'analyse sera effectuée selon les phases expérimentales suivantes : analyse des données de mise en service (TUM, 2022), analyse des données d'assemblage à blanc de NUCLEUS (TUM, 2023), analyse des données de neutrino de NUCLEUS (Chooz, 2024-25) et des données CRAB (Munich et Vienne, 2023-25). Le travail implique au préalable le développement d'une chaîne d'analyse dédiée, basée sur les progiciels CRESST existants, pour intégrer à terme l'analyse des données NUCLEUS et CRAB dans un cadre commun. La première étape de l'analyse implique classiquement un traitement à grande échelle des données brutes sur des clusters d'ordinateurs, y compris le tri sélectif et la reconstruction de l’énergie des dépôts d'énergie. Après cette phase, les données reconstruites nécessitent d'être traitées pour isoler les signaux attendus des divers fonds. En parallèle, les données d'étalonnage (provenant de sources radioactives, de systèmes de diodes électroluminescentes et des résultats du CRAB) et leurs incertitudes doivent être incorporées. Dans l'ensemble, de nouvelles méthodes d'analyse devront être élaborées afin d'exploiter la stratégie NUCLEUS de suppression des fonds (4pi-vetoing). Des possibilités de connexion avec des techniques d'apprentissage automatique de pointe pour améliorer les performances d'analyse seront également explorées et éventuellement mises en œuvre.

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.
Vers la découverte de la violation de symétrie de charge-parité dans les oscillations de neutrinos

SL-DRF-22-0316

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

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Neutrinos Accélérateurs (GNA)

Saclay

Contact :

Georges VASSEUR

Sara Bolognesi

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

Contact :

Georges VASSEUR
CEA - DSM/IRFU/SPP

0169081461

Directeur de thèse :

Sara Bolognesi
CEA - DRF/IRFU/SPP/TK2

0169081461

L'étude des oscillations de neutrinos est entrée dans l'ère de la précision avec les expériences actuelles auprès d'accélérateurs, comme T2K. Dans ces expériences, les oscillations des neutrinos sont mesurées en comparant le taux et les spectres des neutrinos dans des détecteurs proches, placés à proximité de la source, et dans des détecteurs éloignés, placés à des centaines de kilomètres. T2K a publié en 2020 en couverture de la revue Nature les premiers indices excitants d’une violation de la charge-parité dans le secteur des leptons.

Le travail proposé pour cette thèse consiste en l'analyse des nouvelles données qui seront collectées par T2K avec un détecteur proche amélioré nécessitant de mettre en place une nouvelle stratégie d'analyse. En particulier, pour la première fois, la mesure des protons et neutrons produits par les interactions des neutrinos sera exploitée. De nouveaux modèles d'interactions neutrino-noyaux seront nécessaires pour utiliser ces informations supplémentaires : le groupe proposant cette thèse possède une expertise approfondie dans ce domaine.

Un autre point abordé dans la thèse est l'extrapolation des résultats obtenus aux mesures futures à haute statistique et aux combinaisons multi-expériences. L'étude des incertitudes systématiques les plus pertinentes aura un impact direct sur la conception des expériences de la prochaine génération, à laquelle le groupe participe également.

L'étudiant participera à l'installation et à la mise en service des nouvelles chambres à projection temporelle sur le site japonais du laboratoire JPARC fin 2022 et début 2023. Ce sera une excellente occasion d'acquérir une expérience très formatrice sur les détecteurs.

En résumé, cette thèse permettra d'acquérir une expertise sur les oscillations de neutrinos, un sujet d’avenir très prometteur, de développer des techniques d'analyse de pointe, de participer à l'installation d'un détecteur innovant et d'interagir avec une large communauté de physiciens nucléaires et de phénoménologues. Les résultats de l'analyse proposée des données de T2K fourniront les meilleures mesures mondiales sur les paramètres d'oscillation des neutrinos, notamment sur la première source possible de violation de la charge-parité dans le secteur des leptons.
Vers un detecteur pixel à haute resolution spatiale pour l’identification de particules: contribution de nouveaux détecteurs à la physique

SL-DRF-22-0642

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

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

DÉtecteurs: PHYsique et Simulation (DEPHYS)

Saclay

Contact :

Nicolas FOURCHES

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Nicolas FOURCHES
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169086164

Directeur de thèse :

Nicolas FOURCHES
CEA - DRF/IRFU/DEDIP/DEPHYS

0169086164

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

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

 

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