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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-17-0129

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

Optimisation d’un détecteur de type TPC en vue de futures expériences e+/e- : Etude des distorsions dues à la charge d’espace et aux effets de retour d’ions

RÉSUMÉ DU SUJET

La recherche directe de particules signant l’existence de phénomènes physiques au-delà du Modèle Standard

ou l’approche complémentaire consistant à mesurer le plus précisément des observables du Modèle

Standard, calculables avec une très grande précision pourront se faire à l’horizon 2030 auprès d’un

collisionneur électron-positron, qu’il soit linéaire (projet ILC) ou circulaire (projet FCC-ee/TLEP). Dans tous les

cas, les détecteurs destinés à exploiter les collisions doivent être d’une stabilité et d’une précision inégalée,

afin de permettre des mesures à 10-5 près.

Une technique de détection attractive pour les expériences pour détecter les traces chargées est la chambre

à projection temporelle (TPC), dont le principe est représenté sur la figure 1 : Les particules chargées

produites au point de collision voient leur trajectoire courbée par le champ magnétique dans lequel baigne le

détecteur. La mesure de la courbure de la trajectoire permet de remonter à l’impulsion de la particule. Lors de

leur parcours dans le volume gazeux, les particules chargées ionisent le gaz sur leur passage (« primary

ionisation »). Les électrons d’ionisation dérivent sous l’effet combiné du champ électrique et du champ

magnétique jusqu’à l’extrémité du détecteur, où ils sont amplifiés par effet d’avalanche dans un détecteur

gazeux (plans de chambres proportionnelles multi-fils de Charpak par le passé, actuellement plutôt des

détecteurs micro-gravés de type Micromegas, dont la résolution est bien meilleure).

Le mécanisme d’amplification génère énormément d’ions positifs (« secondary ionisation »), tout comme

d’ailleurs l’ionisation primaire due aux traces chargées : le détecteur reste en effet électriquement neutre. Une

fraction de l’ionisation (de l’ordre de 1% avec les architectures de détection actuelles) générée par le

processus d’amplification parvient dans le volume de dérive, où il génère une charge d’espace qui induit des

distorsions dans les trajectoires des électrons, et partant, des distorsions sur les paramètres géométriques

des traces reconstruites. Or, il faudrait que la fraction d’ions relâchée dans le volume de dérive ne dépasse

0.1%. Il subsiste donc un travail essentiel d’amélioration, qui passe par une compréhension fine des

phénomènes mis en jeu, ainsi que la conception de dispositifs de blocage des ions (« gating »), Ceux-ci ne

peuvent toutefois pas être utilisés dans tous les cas.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master-2 ou niveau équivalent en instrumentation ou physique des particules.

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers
Service de Physique des Particules
Groupe Atlas
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2017
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Boris TUCHMING  

CEA
DRF/IRFU/SPP/DO
Irfu/SPP
CEA/Saclay
91128 Gif-sur-Yvette Cedex

Téléphone : +33 1 69 08 97 78

DIRECTEUR DE THÈSE

Boris TUCHMING

CEA
DRF/IRFU/SPP/DO
Irfu/SPP
CEA/Saclay
91128 Gif-sur-Yvette Cedex