En utilisant ce site, vous acceptez que les cookies soient utilisés à des fins d'analyse et de pertinence     Oui, j'accepte  Non, je souhaite en savoir plus
Sujets de thèse
Filtrer par critères

DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0331

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

Mesure de la luminosité du LHC avec le calorimètre à argon liquide d’ATLAS et recherche de particules lourdes à longue durée de vie

RÉSUMÉ DU SUJET

Si la découverte du boson de Higgs intervenue au LHC en 2012 est un éclatant succès pour le Modèle Standard de la physique des particules, elle n’apporte aucune réponse à de nombreuses questions toujours ouvertes dans le domaine de la cosmologie et la physique des particules. Parmi celles-ci, on peut mentionner la nature de la matière et de l’énergie noire, l’origine du potentiel de Higgs et le fait que le Modèle Standard n’explique pas de manière satisfaisante les très petites masses des neutrinos. Les solutions naturelles à ces questions pourraient provenir de l’existence de nouveaux types d’interactions et de nouvelles particules.

C’est pourquoi depuis la découverte du boson de Higgs, les efforts sont focalisés sur la recherche de phénomènes nouveaux, au-delà du Modèle Standard. Un des aspects importants dans la comparaison entre les observations et la théorie est d’être capable de normaliser aussi précisément que possible les observations par rapport à la théorie, donc de mesurer aussi précisément que possible la luminosité de l’accélérateur. L’objectif est d’atteindre une précision meilleure que 1% au cours des prochaines années, ce qui est un facteur deux à trois meilleur que la précision atteinte actuellement.

Les expériences LHC disposent de plusieurs techniques et de sous-détecteurs spécialisés pour mesurer la luminosité. Toutefois, ces techniques sont entachées de divers problèmes de stabilité et de linéarité, qui en compliquent l’exploitation.

Lors du redémarrage du LHC début 2021, il est prévu d’accroître la luminosité de la machine d’un facteur deux environ. Pour exploiter au mieux cette augmentation de luminosité, le système de déclenchement du calorimètre a été largement revu. Il sera basé sur l’analyse en temps réel des signaux numérisés à la volée, par des batteries de composants programmables. L’Irfu contribue largement à la conception et à la production des éléments nécessaires, étant parmi les concepteurs de la carte de numérisation (LTDB, LAr Trigger Digitizing Board).

Une caractéristique importante de ce nouveau système de déclenchement est sa capacité à mesurer pour chaque collision entre deux paquets de protons l’énergie totale déposée dans le calorimètre. Combiné à la stabilité, l’excellente linéarité et à l’uniformité de réponse du calorimètre à argon liquide d’ATLAS, le nouveau système de déclenchement offre le potentiel d’une mesure de la luminosité avec d’excellentes caractéristiques en termes de linéarité et de stabilité. Des études préliminaires menées sur un prototype de la chaîne de déclenchement montrent que la précision de 1% devrait être atteignable.

Une autre caractéristique du système de déclenchement est sa capacité unique à garder trace de l’historique des interactions dans le détecteur sur un temps nettement plus long que ce que peut faire le système de lecture central. Avec le système de lecture central, il n’est pas possible de conserver l’information sur plus de quatre ou cinq croisements de faisceaux consécutifs. Le système de déclenchement est quant à lui capable de conserver l’information sur plusieurs dizaines de croisements de faisceaux consécutifs, avec une granularité toutefois plus grossière que le système de lecture central des données. Ceci ouvre la possibilité de détecter des particules dont la désintégration survient longtemps (plusieurs dizaines ou centaines de ns, à comparer aux 25 ns entre deux croisements consécutifs) après leur création, donc lentes et très massives, presque jusqu’à la limite cinématique de 7 TeV, bien au-dessus de la limite atteignable par des techniques de recherche plus classiques. De telles particules apparaissent dans de nombreuses classes de modèles supersymétriques.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master-2 ou niveau équivalent en physique des constituants élémentaires. Une ouverture sur l’instrumentation est utile. Connaissances académiques en physique des particules, physique nucléaire et instrumentation

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service de Physique des Particules
Groupe Atlas (ATLAS)
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2020
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Philippe Schwemling  

CEA
Liste des pôles/Liste des départements/Liste des services/Atlas
CEA Saclay
DSM/IRFU/SPP
Bat 141, p57

Téléphone : 33169088585

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Philippe Schwemling

CEA
Liste des pôles/Liste des départements/Liste des services/Atlas
CEA Saclay
DSM/IRFU/SPP
Bat 141, p57