Département de Physique Nucléaire

L'objectif du stage est la construction et la caractérisation de détecteurs MicroMEGAS avec des rayons cosmiques. Ces détecteurs équiperont l'expérience sPHENIX dont l'installation est prévue durant l'été 2022

The main objective of the internship is the construction and characterization of MicroMEGAS detectors with the cosmic ray test bench.

Le laboratoire de Structure du Nucléon (LSN) au CEA-Saclay invite à postuler pour travailler sur l'expérience sPHENIX au laboratoire Brookhaven National Laboratory dans le collisionneur RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider). Le candidat retenu sera impliqué dans la construction et les tests du détecteur TPOT pour la collaboration sPHENIX.

L'expérience sPHENIX est le premier nouveau détecteur au RHIC en 20 ans. Elle sera dédiée à l'étude des jets, saveurs lourdes et quarkonia dans les collisions pp, p-Au et Au-Au à 200GeV avec une précision inégalée et un intervalle cinématique étendu. Le démarrage est prévu début 2023. Le programme de physique de sPHENIX adressera à la fois l'étude du plasma de quarks et de gluons et l'étude de la QCD froide, pavant ainsi le chemin vers le futur collisionneur electron-ion. Le dispositif expérimental va permettre la mesure de particules via la reconstruction et l'identification de particules chargées au sein de la chambre à projection temporelle (TPC). Un des défis majeurs de la TPC est la reconstruction des distorsions de la distribution de charges en son volume qui fluctuent rapidement. La réalisation du programme de physique de sPHENIX nécessite une précision de la calibration de la TPC en dessous de 100?m.

Le détecteur MicroMEGAS TPOT (TPC Outer-Tracker) aidera à surmonter les difficultés liées aux effets de distributions de charge en fournissant un point spatial fixe sur les trajectoires des particules. Les MicroMEGAS (Micromesh Gaseous Structure) sont des détecteurs gazeux légers avec une haute granularité. La technologie a été développée au CEA et est depuis utilisées dans plusieurs expériences de physique nucléaire et des particules autour du monde. TPOT consiste en 2 sets de 4 modules, chacun comprenant deux détecteurs 1D qui fournissent respectivement une mesure dans la direction longitudinale (z) et azimutale (?).

Le détecteur sera entièrement construit au CEA au sein du Département d'Électronique, des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) qui détient une forte expertise de la technologie MicroMEGAS. L’étudiant·e travaillera avec des physiciens et ingénieurs du DEDIP et du Département de Physique Nucléaire (DPhN). Le démarrage de la construction des détecteurs est prévu début 2022 et les détecteurs seront envoyés en mai prochain sur le site expérimental du Brookhaven National Laboratory.
Le stage sera dédié à la construction et à la caractérisation des détecteurs TPOT au CEA. L’étudiant·e mesurera notamment les performances du détecteur en termes de résolution spatiale (< 300 ?m en z and < 300 ?m en ?) en utilisant des rayons cosmiques et des sources radioactives avec un télescope à muons. Iel sera en charge de l’ensemble du processus depuis la prise de données avec le télescope à muons jusqu’à l’analyse des données. Le stage consistera dans un premier temps à prendre en main les outils informatiques existants pour produire les premières mesures des prototypes. Les outils sont basés sur l’environnement ROOT (C++) et le language Python. La deuxieme partie du stage sera dédiée à l’optimisation du code d’analyse des données du banc de test. Selon les dates du stage par rapport au planning du projet, ces deux parties seront consécutives ou fusionnées.
L’étudiant·e devra être à l’aise en anglais pour travailler dans le contexte d’une grande collaboration scientifique international. Iel devra montrer de l’intérêt pour le developpement et la construction de détecteurs et la programmation informatique.

L’étudiant·e sera envisagé pour une poursuite en thèse qui débutera en octobre 2022.

The Laboratoire de Structure du Nucléon (LSN) at CEA-Saclay invites applications to work on the sPHENIX experiment at Brookhaven National Laboratory’s Relativistic Heavy Ion Collider. The successful applicant will be expected to get involved in the construction and testing of the TPOT detector for the sPHENIX collaboration.

The sPHENIX experiment is the first new detector at RHIC in 20 years and will be dedicated to the study of jets, heavy flavor and quarkonia in pp, p-Au and Au-Au collisions at 200GeV with an unmatched precision and an extended kinematic range. The start is planned for early 2023. The physics program of sPHENIX will address both the study of the quark-gluon plasma and the study of cold QCD, laying the groundwork for the future electron-ion collider. The experimental setup will allow the measurement of particles through the reconstruction and identification of charged particles in the time projection chamber (TPC). One of the main challenges of the TPC is the reconstruction of rapidly fluctuating space-charge distortions in the TPC volume. The completion of sPHENIX physics program requires an accuracy below 100?m for the TPC calibration.

The TPOT (TPC Outer-Tracker) MicroMEGAS detector will assist overcoming issues related to space-charge effects by providing a fixed space point on particle trajectories. MicroMEGAS (Micromesh Gaseous Structure) are light gaseous detectors with a high granularity. The technology was developed at CEA and has been used in several nuclear and particle physics experiments around the world. TPOT is made of 2 sets of 4 modules, each module consisting of two 1D detectors that provide a measurement in the longitudinal (z) and azimuthal (?) directions respectively.
The detector will be entirely built at the CEA in the Department of Electronics, Detectors and Computing for Physics (DEDIP) with a strong expertise of the MicroMEGAS technology. The student will be expected to work with both physicist and engineers from the DEDIP and from the Department of Nuclear Physics (DPhN). The construction of the detectors is scheduled to start early 2022 and the detectors will be shipped in May 2022 to the experiment site at Brookhaven National Laboratory.
The internship will be dedicated to the construction and testing of the detector at CEA. The student will assess the detector performances in terms of spatial resolution (< 300 ?m along z and < 300 ?m along ?) using cosmic rays and radioactive sources with a muon telescope. He/she will be in charge of the whole process from data taking with the muon telescope to data analysis. The first part of the internship will consist of using the software tools already available to produce the first measurements of the prototypes. The tools are based on the ROOT framework (C++ ) and the Python programming language. The second part of the internship will be dedicated to the optimization of the code for the data analysis of the muon telescope. Depending on the project schedule and internship dates, these two parts could be consecutive or merged.

The student is expected to be fluent in English to work in the context of a large international scientific collaboration. He/she will have to show interest in detector hardware and software programming.

The student will be considered for a Phd thesis starting October 2022.

Physique des particules, détecteurs

Particle physics, detectors

Cinématique relativiste, programmation

Relativistic kinematics, programming

Python, C++