Recherche de la production par paire de bosons de Higgs dans le canal multilepton à 13.6 TeV avec le détecteur ATLAS
Le boson de Higgs, découvert en 2012 au LHC, est à l’origine de la brisure de symétrie électrofaible au sein du Modèle Standard (MS). Malgré des études approfondies de ses propriétés, l'auto-couplage du boson de Higgs reste inexploré. Ce paramètre est essentiel pour déterminer le potentiel de Higgs et la stabilité du vide de l'univers. L’étude de la production par paires de boson de Higgs est la seule méthode directe pour mesurer cet auto-couplage, et ainsi fournir des informations cruciales sur la structure fondamentale de l'univers et la nature de la transition de phase électrofaible après le Big Bang. La production de di-Higgs a une section efficace très faible dans le MS. Parmi les canaux de détection possibles, l'état final avec plusieurs leptons est prometteur en raison de sa signature cinématique unique. Cependant ce canal est complexe à analyser en raison de la nécessité d'une identification précise des leptons et de techniques avancées de séparation de signal utilisant l’apprentissage automatique. Ce projet de thèse consiste à rechercher la production de di-Higgs dans le canal multilepton avec les données de l’expérience ATLAS à 13.6 TeV, profitant du grand lot de données enregistrées et de l’augmentation en énergie du Run 3 du LHC, avec pour objectif d’atteindre la sensibilité du MS.
Développement d'algorithmes de reconstruction pour les nouvelles chambres de projection temporelle à grand angle dans l'expérience T2K et mesure de la violation de CP dans les oscillations de neutrinos
Les neutrinos sont des messagers prometteurs pour détecter de la physique au-delà du Modèle Standard. Leur nature mystérieuse et leur masse encore inexpliquée suggèrent qu'ils pourraient révéler de nouvelles voies pour la physique. Les recherches sur les oscillations de neutrinos sont entrées dans une phase de précision avec des expériences comme T2K, qui, en 2020, a observé des indices de violation de CP dans le secteur leptonique, susceptibles d’apporter des réponses à la question de l’asymétrie matière-antimatière dans l’Univers.
L'expérience T2K, qui se déroule au Japon, mesure les oscillations de neutrinos en produisant un faisceau intense de neutrinos (et antineutrinos) muoniques. Ce faisceau est analysé à deux emplacements : un détecteur proche, conçu pour contraindre les incertitudes systématiques associées au flux de neutrinos et aux modèles d'interaction, et un détecteur lointain (Super-Kamiokande), qui permet de mesurer la disparition des neutrinos muoniques ainsi que l'apparition des neutrinos électroniques à la suite des oscillations.
En 2023, T2K a entamé sa seconde phase avec une puissance de faisceau accrue et des améliorations du détecteur proche ND280, incluant une nouvelle cible hautement segmentée et des chambres à projection temporelle à grands angles (HA-TPC). Ces améliorations permettent une reconstruction plus précise des particules produites par les interactions de neutrinos.
Les équipes de l'IRFU ont contribué en développant des HA-TPC équipées de la technologie Micromegas résistive. Ces travaux améliorent la résolution spatiale et la précision du moment des particules. La thèse explore l'optimisation des algorithmes de reconstruction des trajectoires des particules dans les HA-TPC grâce à des techniques avancées, ainsi que l'analyse des données T2K avec le ND280 amélioré afin d'atteindre un niveau de significance de 3 sigma sur la violation de CP. T2K prépare ainsi le terrain pour les expériences futures comme DUNE et Hyper-Kamiokande, ouvrant de nouvelles perspectives pour les deux prochaines décennies.
L'aube de la formation planétaire
La formation des planètes est un sujet phare de l’astrophysique avec des implications sur des questions existentielles comme l’origine de la vie dans l’Univers. De manière surprenante, nous ne savons pas précisément quand les planètes se forment au sein des disques protoplanétaires. De récentes observations semblent indiquer que ce processus pourrait se produire tôt dans l’évolution de ces disques. Mais les conditions qui règnent dans les disques jeunes sont encore méconnues. Au cours de cette thèse, nous proposons d’étudier l’hypothèse d’une formation rapide des planètes. Nous effectuerons des simulations 3D de formation des disques, incluant l’évolution du gaz, de la poussière ainsi que des mécanismes permettant de convertir les poussières en planétésimaux lorsque les conditions seront adéquates. En plus de déterminer si les planètes se forment rapidement ou non, nous pourrons étudier l’architecture des systèmes planétaires formés et la comparer aux systèmes d’exoplanètes observés. Ce travail, à la pointe de nos connaissances actuelles, s’inscrit dans de nombreux efforts de la communauté pour mieux comprendre les exoplanètes ainsi que nos origines.
Calibration des nouvelles chambres à projection temporelle à grand angle de l'expérience T2K et mesure de la violation de CP dans les oscillations des neutrinos
Le projet de thèse proposé s’inscrit dans l’étude des oscillations des neutrinos, un phénomène quantique clé pour explorer la Nouvelle Physique au-delà du Modèle Standard. Ces oscillations, comparées entre neutrinos et antineutrinos, pourraient apporter des éclaircissements sur l'une des questions les plus fondamentales de la physique des particules : l'origine de l'asymétrie matière-antimatière dans l'Univers.
L’expérience T2K, située au Japon, étudie ces oscillations en générant un faisceau intense de neutrinos (et antineutrinos) muoniques. Ce faisceau est mesuré à deux endroits : un détecteur proche, utilisé pour réduire les incertitudes systématiques liées au flux de neutrinos et aux modèles d’interaction, et un détecteur lointain (Super-Kamiokande), chargé de mesurer la disparition des neutrinos muoniques et l’apparition des neutrinos électroniques après oscillations.
Le projet de thèse se divise en deux parties. La première consistera à calibrer les nouveaux détecteurs (nouvelles chambres à projection temporelle utilisant la technologie MicroMegas resistive) pour mesurer le spectre en énergie des neutrinos et à évaluer les incertitudes systématiques associées. La seconde partie portera sur l’analyse des nouvelles données collectées, permettant d’obtenir des mesures plus précises des paramètres d'oscillation, d'améliorer la compréhension des interactions neutrino-noyau, et de mesurer la violation de CP dans les oscillations des neutrinos avec une précision de 3 sigma dans le cas d’une violation maximale, comme l’indiquent les derniers résultats de T2K, et à terme 5 sigma dans la future expérience Hyper-Kamiokande, qui utilisera le même faisceau et le même détecteur proche que T2K.
Mesure du flux elliptique des quarks charmés dans les collisions Pb-Pb semi-centrales à 5 TeV au CERN avec LHCb.
Les collisions d'ions lourds offrent une opportunité unique d'étudier le plasma de quarks et de gluons (QGP), un état exotique de la matière dans lequel les quarks et les gluons ne sont plus confinés dans les hadrons, et qui aurait existé quelques microsecondes après le Big Bang. Parmi les sondes clés pour l'étude du QGP figurent les quarks charmés. En effet, ces derniers conservent l'histoire de leurs interactions avec le QGP, les rendant essentiels pour comprendre les propriétés du QGP. La production de quarks charmés et leurs interactions avec le QGP sont étudiées à travers les mesures des hadrons, mésons et baryons contenant au moins un quark ou antiquark charm, tels que les mésons D0 ou les baryons Lambda_c. Cependant, le processus d'hadronisation — la manière dont les quarks charm se confinent dans des baryons ou mésons incolores — reste encore mal compris.
Une approche prometteuse pour approfondir la compréhension de l'hadronisation des quarks charmés réside dans la mesure de leur écoulement elliptique, une mesure de corrélations angulaires à longue distance, une signature des effets collectifs dus à la thermalisation du QGP. En comparant l'écoulement elliptique des mésons D0 et des baryons Lambda_c, sensible aux propriétés du milieu créé, les chercheurs peuvent approfondir leurs connaissance sur le mécanisme d'hadronisation des quarks charmés.
Pour mesurer cet écoulement elliptique, l'étudiant.e sélectionné.e développera une méthode innovante exploitant pleinement les capacités du détecteur LHCb. Cette méthode, jamais appliquée auparavant, permet une interprétation plus intuitive et théoriquement robustes des mesures d'écoulement elliptique par rapport aux méthodes traditionnelles. Le/la candidat.e adaptera cette technique pour le détecteur LHCb afin de mesurer, comparer et interpréter l'écoulement elliptique des baryons charmés Lambda_c et des mésons D0 dans les nouvelles données PbPb collectés par LHCb en 2024.
Etude des mécanismes de réaction pour la synthèse d’éléments super-lourds
Cette thèse a pour but d’étudier les mécanismes de réaction menant à la synthèse de noyaux super-lourds en appui au programme de recherche expérimental qui sera développé auprès de l’installation S3 de Spiral2 au GANIL à Caen. Elle vise à renforcer la précision de la modélisation de la réaction en évaluant, grâce à l’analyse d’incertitudes, les expériences les plus prometteuses pour contraindre les paramètres et la modélisation.
L'une des principales activités de la physique nucléaire est l'étude des propriétés des noyaux exotiques jusqu'aux limites d’existence des noyaux, dans les régions où les rapports proton-neutron sont extrêmes (driplines proton/neutron) et aux nombres de masse A et atomiques Z les plus élevés. Les noyaux dits super-lourds ne peuvent exister au-delà de la limite établie par le modèle de la goutte liquide – définie par une barrière de fission qui disparaît –, que grâce aux effets en couches de la mécanique quantique. Ces noyaux sont particulièrement intéressants parce qu'ils se situent à la limite entre la physique des petits systèmes à quelques corps et celle des systèmes à grand nombre de corps : les nombres magiques de protons et de neutrons, Z et N, sont remplacés par une région ou un îlot de magicité étendu en Z et N.
La synthèse de ces noyaux très- et super-lourds par des réactions de fusion-évaporation est un défi expérimental en raison des sections efficaces extrêmement faibles. La modélisation de la réaction complète afin de guider les expériences est également un défi difficile, car les modèles développés pour les noyaux plus légers ne peuvent pas être simplement extrapolés. Les réactions de fusion sont entravées par rapport à ce qui est observé avec les noyaux légers en raison de la très forte interaction Coulombienne, qui est renforcée par la forte répulsion causée par le grand nombre de charges positives (protons) dans le système, en concurrence avec la force d'attraction forte (nucléaire) dans un régime hautement dynamique. Le pouvoir prédictif des modèles doit être amélioré, bien que l'origine du phénomène d'entrave soit qualitativement bien comprise. Les ambiguïtés quantitatives sont suffisamment importantes pour observer des différences de quelques ordres de grandeur dans les probabilités de fusion calculées par différents modèles. Une petite modification de la section efficace pourrait nécessiter de nombreux mois pour réaliser des expériences réussies.
Au GANIL, en collaboration avec d'autres instituts, nous avons développé un modèle qui décrit les trois étapes de la réaction de synthèse des noyaux super-lourds. Les développements futurs se concentreront sur la recherche de moyens d'évaluer les modèles afin d'améliorer leur pouvoir prédictif, notamment en concevant des expériences spécifiques afin de contraindre l’amplitude de l'entrave à la fusion. Bien entendu, une analyse minutieuse de l'incertitude permettra d'améliorer le pouvoir prédictif des modèles. Des méthodes standard ainsi que des méthodes d'analyse de données de pointe telles que l'analyse bayésienne peuvent être utilisées.
Ce travail de doctorat sera effectué en collaboration avec le groupe expérimental du GANIL et une équipe de recherche à Varsovie (Pologne). En fonction des compétences de l'étudiant, la thèse sera plus orientée vers des développements formels ou vers les expériences menées dans la nouvelle installation S3 sur Spiral2. La participation aux expériences est possible.
Développement d’un système de détection des rayons-X pour l’identification des Noyaux Superlourds.
La synthèse des noyaux superlourds est un objectif majeur de la Physique Nucléaire moderne qui dépend de leur identification en masse et en charge. S3 et SIRIUS permettent de séparer les isotopes superlourds et vont être équipés de détecteurs de rayons-X pour l’indentification en Z. Le ou la Doctorant.e développera des détecteurs de rayons-X pour SIRIUS et les utiliser pour étudier les noyaux superlourds. Elle/Il travaillera au GANIL et dans des laboratoires internationaux comme ANL.
Test d’invariance de renversement du temps dans la désintégration beta nucléaire : analyse des données de MORA à JYFL
L’expérience MORA recherche des signes de violation de CP dans la désintégration beta d’ions piégés polarisés. Elle emploie des techniques de pointe afin d’atteindre une sensibilité jamais atteinte pour la mesure de la corrélation D (<10-4). Cette corrélation est sensible à une Nouvelle Physique qui pourrait expliquer l’asymétrie matière antimatière observée dans l’univers. La thèse consiste en l’analyse des données de la campagne qui se poursuit à Jyväskylä pour 23Mg+ et 39Ca+, en Finlande.
Développement d’un système dosimétrique pour le suivi des traces alpha dans les essais in vitro de la radiothérapie interne vectorisée alpha
La thérapie alpha ciblée (TAC) est une nouvelle méthode prometteuse pour traiter le cancer. Elle utilise des substances radioactives appelées radioisotopes émetteurs alpha, qui sont injectées dans le corps du patient. Ces substances se dirigent spécifiquement vers les cellules cancéreuses, ce qui permet de concentrer la radiation là où elle est le plus nécessaire, c'est-à-dire près des tumeurs. Les particules alpha sont particulièrement efficaces car elles ont une courte portée et peuvent détruire les cellules cancéreuses de manière très ciblée.
Comme pour tout nouveau traitement, la TAC doit passer par des études précliniques pour vérifier son efficacité et la comparer à d'autres traitements existants. Une partie importante de ces recherches se fait en laboratoire, où des cellules cancéreuses sont exposées à ces substances radioactives pour observer leurs effets, comme le taux de survie des cellules. Cependant, évaluer l'impact des particules alpha nécessite des méthodes spécifiques, car leur comportement es
Quantification et Optimisation de l’Etat Thermomécanique de Supraconducteurs Nb3Sn Lors du Traitement Thermique
En accord avec la volonté annoncée par le CERN de mettre en œuvre un super-collisionneur de type FCC, des électro-aimants supraconducteurs à haut champ à base de Nb3Sn sont développés. Dans le cadre de la collaboration européenne HFM (High Field Magnets), le LEAS au CEA Paris-Saclay conçoit, fabrique, et teste des démonstrateurs d’aimants supraconducteurs à base de Nb3Sn générant jusqu’à 16 T. Les conducteurs Nb3Sn requièrent un traitement thermique à 650°C. Au cours de ce traitement thermique, différents phénomènes physico-chimiques mènent à la formation de la phase supraconductrice Nb3Sn. Ces phénomènes induisent un état mécanique impactant les propriétés supraconductrices du matériau. Or, les propriétés mécaniques de la phase Nb3Sn, et des autres matériaux constituants le conducteur, sont peu voire pas du tout connues. Le but de cette thèse est d’étudier, à l’aide de modélisations et d’expériences, l’état thermomécanique de conducteurs lors du traitement thermique afin d’estimer les contraintes internes et leur impact sur les performances supraconductrices. Les résultats permettront d’améliorer les performances supraconductrices du Nb3Sn en vue de produire des aimants à haut champ pour les futurs accélérateurs.