Production des dileptons du pré-équilibre dans des collisions Oxygène-Oxygène avec LHCb
Au grand collisionneur de hadrons (LHC) à Genève, des collisions entre noyaux sont utiliséespour créer un système thermodynamique décrit par la dynamique des fluides sous desconditions extrêmes de température et densité d’énergie. La température du système estsuffisamment élevée pour libérer les blocs fondamentaux de la matière à une échellesubnucléonique, les quarks et les gluons. Cet état de la matière est nommé le plasma dequarks et de gluons (PQG). L´évolution dans l´espace-temps des collisions d´ions lourds etlégers au LHC est décrite par l´hydrodynamique d´un fluide presque parfait après une phasede pré-équilibre de durée très courte. Néanmoins, des aspects clés des premières phases deces collisions sont largement inconnus. Ces caractéristiques sont cruciales pour lacompréhension de l´applicabilité de l´hydrodynamique ainsi que celle de la thermalisationde la matière en interaction forte. Dans des publications récentes, il a été mis en évidenceque la production des dileptons dans la gamme de masse intermédiaire entre 1.5 GeV/c² et 5GeV/c² est très sensible à l´échelle temporelle de la ´thermalisation´ vers le PQG àl´équilibre. En 2025, le LHC a collisionné pour la première fois des noyaux d'oxygène. Dansces collisions, les conditions de bruit de fond sont plus favorables à une mesure que dans lescollisions de plomb et la sensibilité aux dileptons du prééquilibre est renforcée. Le but principal de la thèse est la première mesure de la production de dimuons de pré-équilibre au LHC dans des collisions oxygène-oxygène avec l’expérience LHCb. Le mesuresera basée sur des techniques de suppression de bruits de fonds novatrices grâce à lagéométrie à l´avant de LHCb. En parallèle, la discrimination entre le signal du prééquilibre etd’autres sources des dileptons, notamment le processus Drell-Yan, sera étudié graçe à descalculs théoriques et des simulations. Dans une deuxième partie, la faisabilité de la mesuresera étudié avec le détecteur LHCb présent et futur. Dépendant du résultat, une mesuredans des collisions d’ions lourds pourrait être envisagée.
ETUDE DES PROPRIETES COLLECTIVES NUCLEAIRES DU 232Th AVEC LE SPECTROMETRE AGATA
L'étude des noyaux atomiques dits « déformés » avec une distribution de charge non sphérique est essentielle pour tester les interactions nucléaires et les modèles de structure. Ces noyaux déformés présentent un schéma très particulier d'états excités, connus sous le nom de « bandes rotationnelles ». Ces bandes peuvent être construites sur des états avec une déformation différente ou une structure intrinsèque différente (coexistence de formes). Le sujet de la thèse porte sur l'étude expérimentale des propriétés macroscopiques et microscopiques du noyau du 232Th. Ce noyau présente une grande variété de bandes rotationnelles qui seraient dues aux vibrations de la surface nucléaire dit quadripolaire (oscillations entre les formes allongées et aplaties) et octupolaire (oscillations entre la forme sphérique et la forme de poire). Ces derniers ont notamment suscité beaucoup d'intérêt récemment, car les noyaux déformés octupolaires peuvent être utilisés pour déterminer le moment dipolaire électrique des noyaux, une question fondamentale en physique en général. Dans notre cas particulier il s'agit de caractériser pour la premier fois sur tous les noyaux le quadruplet des bandes octupolaires attendue dans un noyau fortement déformé. Par ailleurs, ce noyau est aussi le seul example qui montre une bande rotationnel bâti sur une double-vibration quadripolaire. Une caractérisation exhaustive du schéma d'excitation du 232Th présentera également un intérêt en ce qui concerne ses émissions gamma comme combustible potentiel pour les réacteurs du futur.
Nous étudierons ces formes variées en utilisant la puissante technique d'excitation coulombienne, qui est la méthode la plus directe pour déterminer la forme des noyaux dans leurs états excités. L'expérience sera réalisée à l'aide d'AGATA, un spectromètre gamma de nouvelle génération, constitué d'un grand nombre de cristaux de germanium finement segmentés, qui permet d'identifier chaque point d'interaction d'un rayon gamma a l’intérieur du détecteur puis, à l'aide du concept innovant du «gamma-ray tracking », permet de reconstruire les énergies de tous les rayons gamma émis et leurs angles d'émission avec une précision sans précédent. Une experience complémentaire sera réalisé au laboratoire d'ions lourds (HIL) Varsovie ce qui permettra de mieux interpréter les données très complexe fourni par AGATA.
Un générateur d'événements pour les sondes dures du prééquilbre des collisions d’ions lourds au LHC
Au grand collisionneur de hadrons (LHC) à Genève, des collisions entre noyaux sont utilisées pour créer un système thermodynamique décrit par la dynamique des fluides sous des conditions extrêmes de température et densité d’énergie. La température du système est suffisamment élevée pour libérer les blocs fondamentaux de la matière à une échelle subnucléonique, les quarks et les gluons. Cet état de la matière est nommé le plasma de quarks et de gluons (PQG). L´évolution dans l´espace-temps des collisions d´ions lourds et légers au LHC est décrite par l´hydrodynamique d´un fluide presque parfait après une phase de pré-équilibre de durée très courte. Néanmoins, des aspects clés des premières phases de ces collisions sont largement inconnus. Ces caractéristiques sont cruciales pour la compréhension de l´applicabilité de l´hydrodynamique ainsi que celle de la thermalisation de la matière en interaction forte. Dans des publications récentes, il a été mis en évidence que la production des dileptons dans la gamme de masse intermédiaire entre 1.5 GeV/c² et 5 GeV/c² est très sensible à l´échelle temporelle de la ´thermalisation´ vers le PQG à l´équilibre.
Cette thèse est consacrée au développement d’un générateur d'événements basé sur des calculs théoriques de pointe pour la production des dileptons et et des quarks charms du prééquilibre dans des collisions au LHC. Le générateur permettra de générer des simulations adaptées à l’utilisation dans les expériences au LHC et de simuler les signaux du prééquilibre au sein des générateurs généralistes. Des méthodes de l’apprentissage machinel seront utilisés pour l’optimisation de l’outil.
Structure and reactions of light and medium mass nuclei with the Gamow Shell Model with Coupled Channels
Ce projet a pour but d’étudier la structure et les réactions des noyaux atomiques exotiques qui peuvent être faiblement liés, voire non liés. L’étude expérimentale de ces systèmes est possible à l’aide d’accélérateurs d’ions radioactifs. Ces noyaux présentent souvent des caractéristiques inhabituelles, telles que des structures en halo. Les modèles nucléaires traditionnels, efficaces pour les noyaux stables, ne parviennent pas à saisir les complexités de ces systèmes quantiques ouverts. Pour y remédier, le modèle en couches de Gamow (GSM) ainsi que son extension aux approches à canaux couplés (GSM-CC) ont été développés. Ils traitent les noyaux comme des systèmes ouverts capables d’échanger des particules et de l’énergie avec leur environnement. Cela permet une description unifiée de la structure et des réactions nucléaires, y compris les effets du continuum quantique, qui deviennent significatifs aux driplines. Ces modèles fournissent des prédictions précises qui reproduisent les données expérimentales et orientent les recherches futures, et sont suffisamment flexibles pour être appliqués à des domaines tels que les hypernoyaux, les anions atomiques et les systèmes quantiques artificiels. Le point fondamental est que les théories de la structure et des réactions y sont unifiées. Les cadres sont conçus pour être efficaces en termes de calcul et évolutifs, en tirant parti des ressources de calcul intensif et en intégrant la quantification des incertitudes afin de fournir des prédictions fiables. Le projet favorise également les collaborations internationales avec les principales installations expérimentales et contribue à la formation de jeunes scientifiques. En comblant les lacunes entre théorie et expérience, entre structure et réactions, et en s’appuyant sur la physique quantique, cette recherche fait progresser la compréhension de la matière dans des conditions extrêmes, avec de larges implications pour la science fondamentale et les technologies émergentes.
Étude du contenu en gluons du pion par la production exclusive de mésons vecteurs avec CLAS12
Le pion est une particule clé pour comprendre la chromodynamique quantique (QCD), la théorie qui décrit l’interaction forte. Cependant son contenu en gluons reste encore mal connue. Cette thèse explorera une nouvelle méthode pour étudier le contenu en gluons du pion, en associant la production de mésons vecteurs au processus de Sullivan, qui permet d’étudier le pion lors de collisions électron-proton sans avoir besoin d’une cible dédiée de pions.
Le doctorant ou la doctorante analysera les données déjà collectées par l’expérience CLAS12 au Jefferson Lab, afin d’étudier la production exclusive de mésons phi près du seuil de production sur le pion. L’objectif sera d’évaluer la possibilité d’isoler expérimentalement le processus de Sullivan et d’accéder aux facteurs de forme gravitationnels du pion associés aux gluons, qui renseignent notamment sur la distribution interne de sa masse et de sa pression. L’analyse reposera sur l’identification des particules, la reconstruction des événements, la maîtrise des processus physiques concurrents et le développement d’un générateur d’événements dédié.
Le projet comprendra également des études de faisabilité pour de futures mesures auprès du collisionneur électron-ion (EIC), dont les énergies de collision plus élevées pourraient ouvrir de nouvelles perspectives pour sonder la structure gluonique du pion, notamment à travers la production de mésons J/psi.
Mené au sein du Laboratoire de Structure du Nucléon (LSN) du CEA/Irfu, ce projet associe analyse de données expérimentales, phénoménologie et simulations de détecteurs. Il offre à un étudiant ou une étudiante de master l’occasion de contribuer à une étude originale de la QCD, tout en participant à la préparation de futures mesures dans le cadre d’un programme international de recherche.
Vers un VAMOS++ intelligent : une IA fondée sur la physique pour une instrumentation nucléaire adaptative et reproductible
La mesure précise des propriétés de la fission nucléaire, notamment des rendements isotopiques des fragments, repose sur la qualité de l’étalonnage et de la reconstruction des données de VAMOS++ et de PISTA. Les travaux récents menés au GANIL ont démontré l’apport de l’intelligence artificielle pour améliorer ces étapes et l’identification des particules.
Ce projet de thèse intégrera ces avancées dans une instrumentation adaptative, exploitant les données expérimentales et les lois physiques pour ajuster les paramètres instrumentaux et reconstruire les grandeurs physiques. L’objectif est de fiabiliser les mesures de fission en détectant les dérives, en actualisant les étalonnages et en maîtrisant les incertitudes associées.
Algorithmes hybrides (classiques-quantiques) pour le calcul de fonctions de Green en physique nucléaire
La recherche en physique nucléaire théorique repose aujourd’hui sur le calcul haute performance pour réaliser des simulations ab initio des noyaux atomiques. Ces calculs permettent d’établir des prédictions systématiques, tant pour répondre à des questions fondamentales que pour le soutien aux activités expérimentales. Dans ce domain, des progrès considérables ont été réalisés ces dernières années. Ceux-ci ont amené l’équipe du CEA à accomplir, en 2026, le premier calcul ab initio du noyau lourd U-238.
Malgré ces avancées, les calculs ab initio de structure nucléaire et, en particulier, de réactions impliquant des noyaux lourds restent extrêmement difficiles. En même temps, l’informatique quantique émerge comme un nouveau paradigme de calcul susceptible de bouleverser les approches actuelles et de contribuer à lever certains des verrous numériques existants. Dans ce contexte, l’équipe du CEA a lancé, il y a quelques années, une activité de recherche consacrée aux algorithmes quantiques appliqués au problème nucléaire à N-corps.
Dans cette perspective à long terme, ce projet de thèse vise à développer des algorithmes quantiques permettant de calculer des quantités centrales de la théorie à N-corps, i.e. les fonctions de Green. Ces objets, qui encodent les corrélations entre les constituants d'un système en interaction, permettent d'étudier non seulement les propriétés statiques des noyaux mais se prêtent naturellement à la description de processus dynamiques, tels que les réactions nucléaires. Cette propriété les rend particulièrement intéressantes pour le calcul quantique, dans lequel l’évolution dynamique peut être encodée de manière assez naturelle.
Plus précisément, le projet portera sur des protocoles de calcul hybrides, i.e. combinant des opérations quantiques et classiques. Les algorithmes seront implémentés et testés sur des émulateurs quantiques et, dans la mesure du possible, sur des plateformes quantiques digitales. Les résultats de ce projet contribueront à définir les futures stratégies de calcul en théorie nucléaire.
MESURE DE LA PRODUCTION DE J/? PROMPT ET NON-PROMPT DANS LES COLLISIONS D’ION-ION AU LHC : FACTEUR DE MODIFICATION NUCLEAIRE ET FLOT ELLIPTIQUE
Quelques microsecondes après le Big Bang, l’Univers était rempli d’un plasma de quarks et de gluons (QGP), un état de la matière chaud et dense décrit par la chromodynamique quantique, la théorie de l’interaction forte. Les collisions d’ions lourds au LHC recréent cet état en laboratoire. Les quarks lourds (charme et beauté) sont produits dès le début de la collision et sondent le QGP pendant toute son évolution. Dans cette thèse, vous mesurerez la production des mésons J/? prompt et non-prompt, états liés d’un quark charme et d’un antiquark charme. Les J/? prompt sont produits dans la collision elle-même, tandis que les J/? non-prompt proviennent de la désintégration de hadrons beaux. Vous mesurerez leur facteur de modification nucléaire et leur flot elliptique. Ces mesures indiquent comment le QGP supprime et régénère les J/?, et si les quarks lourds thermalisent dans le milieu. Vous utiliserez les données 2022-2026 de l’expérience ALICE, en commençant par les collisions O-O, puis éventuellement Pb-Pb. Vous améliorerez aussi l’association entre les traces du trajectographe à pixels MFT et celles du spectromètre à muons grâce à l’apprentissage automatique. Vous acquerrez une expertise en analyse de données, simulation, calcul sur grille et apprentissage automatique au sein d’une collaboration internationale.