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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0474

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

PRODUCTION D’IONS ANTIHYDROGENE PAR REACTION SUR LE POSITRONIUM

RÉSUMÉ DU SUJET

Description et problématique

Cette thèse se place dans le cadre de l’expérience GBAR au CERN dont l’objectif est de mesurer l’accélération de la pesanteur sur l’antihydrogène. La spécificité de l’expérience est d’utiliser des ions antihydrogène positifs pour produire des atomes d’antihydrogène ultra-froids, permettant une mesure précise de leur chute libre. Pour produire les ions antihydrogène, il faut faire interagir des antiprotons ( p ) sur un nuage de positronium (Ps), état lié d’un électron et d’un positron. Deux réactions successives sont utilisées :

p + Ps -> H + e- et H + Ps -> H+ + e- .

Seule la contrepartie matière de la première réaction, p + Ps -> H + e+ , a été observée avec 211 événements. Il n’existe donc que des estimations théoriques du taux de production d’ions antihydrogène pour l’expérience. Ces estimations sont entachées de grandes incertitudes, s’agissant d’interactions à trois et quatre corps à basse énergie.

Le premier objectif de la thèse est de fabriquer et utiliser un faisceau d'atomes d'hydrogène afin de mesurer la section efficace de la 2ème réaction où les antihydrogènes incidents sont remplacés par ces atomes d'hydrogène. Ces mesures permettront de valider les calculs théoriques et d’optimiser les conditions expérimentales pour GBAR (énergie incidente, niveau d'excitation du Ps) avec de hautes statistiques. Le deuxième objectif est de réaliser ces mesures avec les atomes d'antihydrogène, avec beaucoup moins de statistique, mais avec pour but la production pour la première fois d'anti ions H + .

Groupe/labo/encadrement

L’équipe d’accueil comprend six physiciens dont le porte-parole de la collaboration, et un étudiant en thèse. GBAR est une collaboration internationale rassemblant une cinquantaine de physiciens de dix-huit laboratoires.

Travail proposé

Au démarrage de la thèse, l’expérience sera en fin d’installation au CERN. L’étudiant participera aux mesures avec le faisceau d'hydrogène (octobre 2020 - mi 2021). Ce travail couvrira la compréhension des détecteurs ainsi que des calculs de simulation de l’expérience, estimation des efficacités, des bruits de fond, calcul des sections efficaces et comparaison avec les prédictions théoriques. Les mesures systématiques avec les antiprotons démarreront à partir du deuxième semestre 2021 quand le faisceau d’antiprotons sera opérationnel. Les résultats seront présentés en conférence et publiés.

Formation et compétences requises

L’étudiant doit avoir une formation en physique corpusculaire expérimentale. Il devra acquérir des compétences en programmation et en instrumentation, et saura travailler en équipe.

Compétences acquises

À l’issue de la thèse, l’étudiant aura acquis des connaissances en physique fondamentale (physique des particules et physique atomique), en instrumentation (techniques d’ultra-vide, détecteurs de traces, lasers, électronique) et en programmation. Il aura travaillé dans un milieu international très compétitif.

Collaborations/Partenariats

La réalisation de l’expérience est conduite comme un projet international. Une grande partie du travail sera effectué au CERN.

Contacts

Scientifique :

P. Debu (direction de la thèse), L. Liszkay (responsable de la production des positrons et du positronium), P. Pérez (porte-parole de l’expérience).

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

M2

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

Pascal DEBU  

CEA
DRF
CEA/Saclay

Téléphone : +33 1 69 08 13 99

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Pascal DEBU

CEA
DRF
CEA/Saclay