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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-19-0334

DOMAINE DE RECHERCHE
Physique nucléaire / Physique corpusculaire et cosmos
INTITULÉ DU SUJET Français English

Hypernoyaux et rayonnement cosmique. Extension d’un modèle de réaction nucléaire pour un traitement cohérent.

RÉSUMÉ DU SUJET

Les réactions nucléaires mettant en jeu une particule légère et un noyau avec des énergies de l’ordre du GeV se rencontrent dans divers domaines et sont à l’origine de nombreuses études. On peut citer la transmutation des déchets nucléaires, l’hadronthérapie, les sources de neutrons, les sources d’ions radioactifs, les problématiques de radioprotection (accélérateurs/espace), l’origine et le devenir de corps comme les météorites. Ces études nécessitent des codes de calcul pour simuler ces réactions. C’est un de ces codes que nous développons à l’Irfu/DPhN.

Notre code, INCL (IntraNuclear Cascade Liège), est développé depuis une vingtaine d’années avec l’université de Liège. Il est reconnu pour ses performances et a été implanté dans des codes de transport (Geant4, Phits, MCNPX). Jusqu’en 2011 son domaine d’utilisation s’étendait de ~100 MeV à 2-3 GeV. Il a été étendu jusqu’à 10-20 GeV par l’ajout de la production multiple de pions. Cette extension vers de plus hautes énergies a récemment été améliorée par l’ouverture au secteur étrange (K, Lambda, Sigma). Ceci avait non seulement pour but de raffiner la description des réactions au-delà de 2-3 GeV, donc de mieux couvrir le spectre du rayonnement cosmique (piqué vers le GeV), mais aussi de modéliser la production d’hypernoyaux, dont les études connaissent un regain d’intérêt auprès de différentes installations (FAIR, JPARC, JLab).

Nous voulons encore élargir le champ d’utilisation du code. INCL est aujourd’hui capable de traiter les nucléons, pions et Kaons comme projectiles, aussi nous prévoyons, et c’est le sujet de cette thèse, d’ajouter les sondes électromagnétiques et les antiprotons. La sonde électromagnétique permettra dans le cas des hypernoyaux, avec l’électron, de nous confronter aux mesures de JLab, et, en ce qui concerne le rayonnement cosmique, d’avoir un outil capable d’étudier les effets des muons pénétrant plus en profondeur la structure des planètes que les neutrons. Les interactions des antiprotons avec les corps tels que les météorites devraient être intéressants à étudier. Avoir les antiprotons sera également utile pour la production d’hypernoyaux, car de telles expériences sont prévues à FAIR. Des données ayant déjà été prises à LEAR au Cern avec des antiprotons, de nouveaux tests pourront être faits rapidement. Enfin, la prise en compte de la production de la particule Ksi pourra aussi être intéressante, car des hypernoyaux S=-2 (doublement étrange) seront produits par son biais à FAIR et JPARC.

Le travail de thèse sera donc l’implantation de ces nouvelles particules dans le code INCL. Une compréhension du mécanisme d’interaction de ces nouveaux projectiles avec les nucléons et le noyau sera un préalable à la mise en œuvre dans le code, suivie d’une série de tests pour définir la fiabilité du modèle. Une solide formation en physique hadronique, physique nucléaire et en C++ est donc requise. La nouvelle version d’INCL sera alors mise à disposition dans le code Geant4. D’ailleurs, l’étudiant(e) sera membre de la collaboration Geant4. Un autre interlocuteur privilégié sera Ingo Leya, de l’Université de Berne, spécialiste des interactions du rayonnement cosmique avec les corps interstellaires.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master 2

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers
Service de Physique Nucléaire
Groupe Spallation
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2019
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Jean-Christophe DAVID  

CEA
DRF/IRFU/SPhN/Spallation
DPhN Bât 703 Orme des Merisiers
CEA/Saclay
91191 Gif sur Yvette Cedex

Téléphone : +33 1 69 08 72 77

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Jean-Christophe DAVID

CEA
DRF/IRFU/SPhN/Spallation
DPhN Bât 703 Orme des Merisiers
CEA/Saclay
91191 Gif sur Yvette Cedex