La matière hadronique est formée de particules fondamentales, les quarks et les gluons, désignés ensemble sous le terme de partons, dont les interactions sont décrites par la Chromodynamique quantique (QCD). Aujourd’hui, un des défis majeurs est la compréhension et la description de la structure interne des hadrons. En effet, malgré une bonne description de la dynamique des quarks et gluons à haute énergie, plusieurs des propriétés hadroniques élémentaires, telles que la masse et le spin, ne peuvent pas être expliquées en termes de leurs constituants par les calculs de QCD. Des approches phénoménologiques sont ainsi souvent nécessaires afin de fournir un cadre théorique et d’interpréter les observations expérimentales. C’est le cas des Distributions de Partons Généralisées (GPD) et des distributions en moments transverses (TMD), qui offrent une description formelle de la structure partonique du nucléon. Elles permettent ainsi d’accéder à une représentation en 3 dimensions de la structure du nucléon. Elles permettent notamment d’accéder aux distributions spatiales et en impulsion des quarks et des gluons ainsi qu’à accéder aux contributions des partons au spin du nucléon.

Les distributions sont accessibles expérimentalement via les expériences de diffusion d’électrons sur le proton et le neutron (autour de l’accélérateur CEBAF à JLab et l’expérience COMPASS au CERN). Elles sont également accessibles via l’étude des collisions de protons polarisés au sein du collisionneur Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC).

Le nouveau détecteur sPHENIX est en cours d’installation au RHIC et son démarrage est prévu pour le printemps 2023. C’est un appareil de 1000 tonnes auprès duquel travaillent plus de 350 chercheurs. Son programme de physique vise à approfondir la compréhension de la matière soumise à l’interaction forte, soit via l’étude du déconfinement des composants élémentaires, soit via l’étude de la structure interne du nucléon. Les prises de données entre 2023 et 2025 porteront sur les systèmes de collisions pp, p–Au et Au–Au à vsnn = 200 GeV. L’étudiant.e participera au fonctionnement de l’expérience et à l’analyse des données de sPHENIX. L’objectif de cette thèse sera orienté vers l’étude des distributions partoniques au sein du proton dans l’espace des impulsions longitudinaux (TMDs). Ces résultats contribueront à améliorer la compréhension de la structure du nucléon et le confinement des partons.

En 2030, un nouvel accélérateur sera installé au RHIC : le collisionneur électron-ion (EIC). Il permettra de fournir des réponses à certaines des questions les plus fondamentales en physique nucléaire en fournissant des conditions remarquables pour sonder précisément la structure nucléon et l’effet de l’environnement nucléaire sur la dynamique des quarks et des gluons. Il permettra notamment d’accéder à un domaine encore largement inexploré : la limite de saturation des densités gluoniques et d’étudier l’impact de l’environnement nucléaire sur les distributions des quarks et des gluons ainsi que sur leurs interactions. Le CEA est impliqué dans les simulations de physique et dans développement de nouveaux détecteurs innovants de type gazeux. La thèse comportera un volet dédié à l’étude de plusieurs prototypes.

La thèse aura lieu au sein du groupe LSN composés de plusieurs physiciens expérimentateurs et théoriciens.

L'étudiant devra être à l'aise en anglais pour travailler dans le contexte d'une large collaboration internationale scientifique. Iel devra montrer des aptitudes pour les développements hardware et software liés aux détecteurs (C++).

Plusieurs déplacements seront à anticiper, en particulier aux Etats-Unis.