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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-19-0457

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

Recherche d’une nouvelle particule scalaire, l’Axion, en collisions Pb-Pb à 5.02 TeV dans l’expérience ATLAS

RÉSUMÉ DU SUJET

Le 14 août 2017 l'expérience ATLAS, au CERN, a publié dans la revue Nature Physics [1] le premier signe direct de la diffusion élastique photon-photon à haute énergie, soit la réaction photon-photon-->photon-photon, confirmant ainsi l'une des plus anciennes prédictions de l'électrodynamique quantique (QED). La mise en évidence expérimentale de ce processus est difficile. En effet, ce phénomène n’est possible qu’en champ électromagnétique (EM) intense avec un champ électrique d’au moins 10^18 V/m. L’expérience ATLAS a utilisé des faisceaux d’ions Plomb à haute énergie 2.5 TeV par nucléon pour produire ces champs intenses. L’interaction des champs EM des 2 faisceaux d’ions Plomb (de directions opposées) permet alors de réaliser les conditions expérimentales appropriées. La publication du 14 août 2017 a ainsi rapporté 13 événements identifiés comme des collisions élastiques de photons (pour un bruit de fond de 2.7 événements). De mi-novembre 2018 à début décembre 2018, une nouvelle prise de données est en cours qui doit permettre d’augmenter ce nombre d’événements d’un facteur 4 à 5, permettant des études plus détaillées qu’une simple observation.

L’objectif de la thèse sera de participer à cette nouvelle analyse. L’étudiant devra contribuer à la compréhension générale des données puis se concentrera sur quelques points précis : par exemple, étudier de manière approfondie les incertitudes systématiques sur la section efficace de l’interaction à 4 photons en fonction de la masse invariante des 2 photons incidents, comme les incertitudes sur les efficacités d’identification de reconstruction des photons. Le spectre en masse des événements de diffusion élastique photon-photon est également essentiel pour un autre aspect innovant de la thèse. Ainsi, dans un premier temps, l’étudiant travaillera sur la mesure de la section efficace de la diffusion élastique photon-photon. Avec plus de données, il sera possible de faire une recherche de nouvelles particules qui peuvent être produites en collisions photon-photon, en particulier une particule scalaire appelée Axion [2] qui joue un rôle important dans la théorie des interactions fortes et qui pourrait également être une source de la matière noire en astrophysique. Avec une bonne compréhension du spectre en masse décrit plus haut, il devient raisonnable de faire une recherche de résonances dans ce spectre (pour chaque masse d’Axion accessible) et, à défaut, d’extraire des limites pour les sections efficaces de production d’Axions. Cette approche dont la faisabilité a été démontrée [2] devra être entreprise par l’étudiant sur les données enregistrées fin 2018. Pour conclure, indiquons que la contribution du groupe du CEA Saclay à la première publication d’ATLAS [1] a été déterminante et que, sur cette lancée, l’environnement au sein du groupe est favorable pour que l’étudiant puisse jouer un rôle important dans ce qui va suivre.

[1] Nature Physics 13, 852–858 (2017)

[2] ATL-COM-PHYS-2018-1113

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master en physique

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 : 01/10/2019
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Laurent SCHOEFFEL  

CEA
DSM/IRFU/SPP/Liste des laboratoires
CE Saclay
Irfu/SPP
Bat 141
91191 Gif-sur-Yvette Cedex
France

Téléphone : +33 1 69 08 25 83

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris Sud
PHENIICS
DIRECTEUR DE THÈSE

Laurent SCHOEFFEL

CEA
DSM/IRFU/SPP/Liste des laboratoires
CE Saclay
Irfu/SPP
Bat 141
91191 Gif-sur-Yvette Cedex
France