Domaine, spécialité : Physique nucléaire
Mots-Clés :
Transport de particles, méthode de réduction de variance, AMS
Unité d’accueil : DPhN / LEARN
Résumé
L’objectif de ce stage est d’étendre la méthode de réduction de variance appelée AMS (de type une particule que l’on pousse vers un détecteur) au cas de l’étude d’événements rares corrélés, i.e. au cas multi-particules/multi-détecteurs. Ces développements seront réalisés dans le code Monte Carlo Geant4 développé par le CERN et seront utilisés par plusieurs communautés scientifiques comme la physique médicale, spatiale, nucléaire et des particules.
Sujet détaillé
Responsables du stage :
Loic Thulliez, 01 69 08 56 02
Eric Dumonteil, 01 69 08 56 02
La simulation Monte Carlo du transport des particules est devenue aujourd’hui centrale dans de nombreux domaines tels que la physique fondamentale, la physique médicale ou les applications spatiales pour n’en citer que quelques-uns. Afin de pallier les temps de calculs inhérents à cette méthode, des techniques dites « de réduction de variance » sont développées, dont l’objectif est de « pousser » les particules vers le(s) détecteur(s) sans induire de biais sur les résultats du calcul. Récemment, une méthode de réduction de variance dite Adaptative Multilevel Splitting (AMS) [1,2], s’intéressant aux événements rares, a été conçue et implémentée dans différents codes de calculs, tels que le code Monte Carlo TRIPOLI4 développé au CEA ou le code Monte Carlo Geant4 développé au CERN par une collaboration internationale. Cette méthode offre des perspectives très intéressantes car elle permet de préserver les corrélations entre les particules contribuant à la mesure, ce que ne permettent pas les méthodes standards de réduction de variance comme par exemple l’Importance Sampling.
Ce sujet de stage propose d’évaluer l’intérêt de cette approche dans le contexte de la physique fondamentale, où les simulations cherchent à détecter des événements rares, comme par exemple dans les expériences visant à mettre en évidence la matière noire ou la désintégration double béta sans émissions de neutrinos. En effet, ces expériences mettent régulièrement en œuvre des méthodes de détection en coïncidence permettant d’augmenter le rapport signal sur bruit (à titre illustratif on peut imaginer la détection d’un neutron dans un détecteur A et d’un photon dans un détecteur B). Elles représentent un challenge en termes de calcul numérique car leur simulation nécessite l’échantillonnage d’un nombre souvent rédhibitoire d’événements (de sorte à ce qu’une fraction très faible d’entre eux contribuent à la mesure).
Le sujet de ce stage consiste donc à utiliser l’AMS implémenté dans le code Geant4 et à en optimiser les paramètres dans des configurations dites « multi-particules/multi-détecteurs », afin de pouvoir simuler des événements rares corrélés. Le/la stagiaire devra pour ce faire finaliser les développements déjà entrepris puis à en vérifier l’efficacité sur différents cas physiques simples représentatifs. Des benchmarks expérimentaux pourront également être envisagés à l’aide de dispositif de détection simples dont dispose le laboratoire. Ce travail pourra éventuellement donner lieu à une poursuite en thèse de doctorat. Il sera basé sur le centre de Saclay du CEA (Orme des Merisiers).
Lieu du stage
Saclay
Conditions de stage
- Durée du stage : 6 mois
- Niveau d’étude requis : Bac+5
- Formation : Master 2
- Poursuite possible en thèse : Oui
- Date limite de candidature : 1 février 2023
Compétences requises
Langue : Anglais
Méthodes, techniques :
• Stage de fin d’étude pour un(e) étudiant(e) de M2/école d’ingénieur d’une durée de 5 à 6 mois
• Connaissances en physique nucléaire, des particules, mécanique quantique, neutronique
Langages informatiques et logiciels :
C++, Python,
ROOT (est un plus), Geant4 (est un plus)
Liens utiles
Site web du laboratoire : https://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=498