1 Etude du quark top à l`aide des premières - NPAC

Titre de la thèse :
1 Etude du quark top à l’aide des premières données du
détecteur Atlas installé auprès du collisionneur protonproton LHC au CERN
Spécialité NPAC
Laboratoire et adresse : Dapnia/SPP
CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Groupe : Atlas
Adresse site web : http://atlasexperiment.org/
Directeur de thèse et coordonnées : Jean-Pierre Meyer
01 69 08 44 86
[email protected]
Lieu du travail: Saclay
Déplacements éventuels : Cern
Collaborations : Atlas
Thème de recherche : Physique des particules (LHC)
Sujet et nature du travail proposé : Dans l’hypothèse d’une thèse débutant à l'automne 2007,
le travail de la première année de thèse consistera à participer à la mise en opération du
détecteur, à se familiariser avec les outils informatiques tels que la grille de calcul, les outils
de la communauté de la physique des hautes énergies en général et de la collaboration Atlas
en particulier. L’étudiant va s’intégrer dans l’équipe existante travaillant sur la mesure de la
masse du quark top dans le canal semi-leptonique pp --> ttbar suivi d’une désintégration
leptonique de l’un des quarks top et d’une désintégration hadronique de l’autre. Avec une
section efficace de production de paire ttbar de 833 pb et un rapport de branchement de
l’ordre de 45% dans le mode semi-leptonique, la première année de données devrait déjà
permettre d’atteindre une précision statistique sur la masse du quark top inférieure à
l’incertitude systématique. Le travail principal des deux dernières années de la thèse sera donc
plus particulièrement consacré à l’étude des erreurs systématiques dominées par l'étalonnage
de l’énergie des jets.
Titre de la thèse :
2 Etude du potentiel de physique d'un détecteur de vertex
déplacés auprès de l'ILC
Spécialité NPAC
Laboratoire et adresse : Dapnia/SPP
CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Groupe : ILC
Adresse site web : http://www.linearcollider.org/cms/
Directeur de thèse et coordonnées : Pierre Lutz
01 69 08 39 47
[email protected]
Lieu du travail: Saclay
Déplacements éventuels :
Collaborations : IReS (Strasbourg)
Thème de recherche : Physique des particules (ILC)
Sujet et nature du travail proposé :
L'ILC (sigle pour International Linear Collider) est le projet d'accélérateur choisi par
l'ensemble de la communauté internationale comme devant être le prochain (après le LHC)
grand instrument pour la physique expérimentale des particules. La physique des particules
auprès des collisionneurs nécessite l'usage de détecteurs spécialisés dans la recherche de
vertex déplacés, très près du point d'interaction, qui permet de signer la présence de quarks
lourds. L'etude proposée est de voir, grâce à des simulations détaillées, les possibilités d'un tel
detecteur et leur impact sur les analyses de physique, dans le cas du futur International Linear
Collider. L'exemple de la mesure du couplage trilinéaire du boson de Higgs sera
particulièrement détaillé.
Titre de la thèse :
3 Caractérisation d’un détecteur Micromegas de nouvelle
conception. Etude des oscillations des neutrinos avec
l’expérience T2K
Spécialité NPAC
Laboratoire et adresse : Dapnia/SPP
CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Groupe : Neutrinos faisceaux
Adresse site web : http://neutrino.kek.jp/jhfnu/
Directeur de thèse et coordonnées : Marco Zito
01 69 08 38 19
[email protected]
Lieu du travail: Saclay
Déplacements éventuels : Cern, Canada, Japon
Collaborations : T2K
Thème de recherche : Physique des particules - Neutrinos
Sujet et nature du travail proposé :
Selon les dernières théories de la lepto-genèse, la violation de la symétrie CP dans les
interactions des neutrinos pourrait expliquer l’asymétrie baryons-antibaryons qu’on observe
dans l’univers actuel. C’est notamment pour cette raison que les neutrinos font l’objet d’un
intense effort expérimental visant à mesurer avec précision la matrice de mélange PMNS,
analogue dans le domaine des neutrinos de la matrice CKM. L’expérience T2K au Japon (date
de démarrage, avril 2009) vise à mesurer l’angle theta_13 de cette matrice, première étape
vers une mesure de la violation de CP dans ce domaine.
Evoluant au sein d’une grande collaboration internationale (Europe, USA, Canada, Japon), le
doctorant jouera un rôle de premier plan dans les études et la caractérisation du détecteur
Micromegas pour les grandes TPC (chambre à échantillonnage temporel) du détecteur proche
de T2K. Il s’agit d’un détecteur micro-pattern très innovant qui pourrait remplacer les
chambres à fils.
Parallèlement à l’acquisition et à l’analyse des données de test, le doctorant développera les
logiciels de simulation et reconstruction de la TPC et les utilisera afin d’étudier la sensibilité
de T2K pour la mesure de theta_13.
Outils : C++, ROOT, GEANT4, Minuit, programmation orientée-objet
Déplacements : Cern, Canada (test de TPC), Japon (réunions de la collaboration).
Titre de la thèse :
4 Caractérisation d’un détecteur Micromegas de nouvelle
conception. Etude des oscillations des neutrinos avec
l’expérience T2K
Spécialité NPAC
Laboratoire et adresse : Dapnia/SPP
CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Groupe : Neutrinos faisceaux
Adresse site web :
Directeur de thèse et coordonnées : Marco Zito
01 69 08 38 19
[email protected]
Lieu du travail: Saclay
Déplacements éventuels : Cern, Canada, Japon
Collaborations : T2K
Thème de recherche : Physique des particules - Neutrinos
Sujet et nature du travail proposé :
Selon les dernières théories de la lepto-genèse, la violation de la symétrie CP dans les
interactions des neutrinos pourrait expliquer l’asymétrie baryons-antibaryons qu’on observe
dans l’univers actuel. C’est notamment pour cette raison que les neutrinos font l’objet d’un
intense effort expérimental visant à mesurer avec précision la matrice de mélange PMNS,
analogue dans le domaine des neutrinos de la matrice CKM. L’expérience T2K au Japon (date
de démarrage, avril 2009) vise à mesurer l’angle theta_13 de cette matrice, première étape
vers une mesure de la violation de CP dans ce domaine.
Evoluant au sein d’une grande collaboration internationale (Europe, USA, Canada, Japon), le
doctorant jouera un rôle de premier plan dans les études et la caractérisation du détecteur
Micromegas pour les grandes TPC (chambre à échantillonnage temporel) du détecteur proche
de T2K. Il s’agit d’un détecteur micro-pattern très innovant qui pourrait remplacer les
chambres à fils.
Parallèlement à l’acquisition et à l’analyse des données de test, le doctorant développera les
logiciels de simulation et reconstruction de la TPC et les utilisera afin d’étudier la sensibilité
de T2K pour la mesure de theta_13.
Outils : C++, ROOT, GEANT4, Minuit, programmation orientée-objet
Déplacements : Cern, Canada (test de TPC), Japon (réunions de la collaboration).
Titre de la thèse :
5 Recherches des oscillations de neutrinos dans les
premières données de l'expérience Double Chooz
Spécialité NPAC
Laboratoire et adresse : Dapnia/SPP
CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Groupe : Double Chooz
Adresse site web : http://doublechooz.in2p3.fr/
Directeur de thèse et coordonnées : Thierry Lasserre
01 69 08 36 49
[email protected]
Lieu du travail: Saclay
Déplacements éventuels : Chooz
Collaborations : Double Chooz
Thème de recherche : Physique des particules - Neutrinos
Sujet et nature du travail proposé :
L’expérience Double Chooz (http://doublechooz.in2p3.fr/) est destinée à la mesure du dernier
paramètre de la matrice de mélange des neutrinos : l’angle θ13.
Cette mesure suscite depuis quelques années l’intérêt de la communauté des physiciens des
particules car, outre son intérêt fondamental, elle ouvrira la voie à l’étude de la violation de
CP dans le secteur des leptons.
Double Chooz est une expérience d’une centaine de physiciens répartis dans une trentaine
d’instituts. C'est une collaboration internationale regroupant la France, l'Allemagne,
l'Espagne, les Etats-Unis, le Japon, le Royaume-Uni, et la Russie.
La collaboration commencera la construction de l'expérience sur site dès 2007. Deux
détecteurs de neutrinos identiques seront successivement installés près de la centrale nucléaire
de Chooz, dans les Ardennes. L’installation est prévue pour durer 9 mois par détecteur. Le
premier détecteur, situé à 1 km des cœurs de la centrale, devrait prendre des données au début
de l’année 2008. En quelques mois il fournira déjà le meilleur résultat mondial sur θ13. Ces
résultats seront ensuite considérablement améliorés après la construction du détecteur proche
à 280 m des cœurs de la centrale.
La mesure est fondée sur la comparaison précise des flux et spectres d ‘énergie des neutrinos
à deux distances différentes des cœurs de la centrale nucléaire (1 km et 280 m). Il s’agit de
détecteurs cylindriques d’environ 7 mètres de diamètre et de 7 mètres de hauteur. Ces
détecteurs ont une structure en pelure d’oignon et contiennent une cible centrale remplie de
liquide scintillant dopé au Gadolinium, et observée par quatre cents tubes
photomultiplicateurs. Cet ensemble permet de révéler les très faibles traces des interactions
des antineutrinos dans la cible, en les distinguant des bruits de fonds.
Le sujet de thèse proposé permettra de participer à la quasi-intégralité de la construction et de
la mise en route d’une expérience de physique des particules.
La thèse portera essentiellement sur l’analyse des premières données. Ceci impliquera des
travaux de simulation : production des antineutrinos électroniques par les réacteurs nucléaires
de la centrale de Chooz, interaction dans la cible de liquide scintillant dopée au gadolinium, et
compréhension de la réponse du détecteur. En effet, à l’issu de sa capture, l’antineutrino
disparaît et un positron et un neutron sont produits dans le détecteur. Ces derniers
interagissent à leur tours et engendrent de la lumière de scintillation qui se propage jusqu’aux
tubes photomultiplicateurs.
Les premières données permettront un travail sur le bruit de fond dominant : les neutrons
rapides d’origine cosmique imitant, à eux seuls, les interactions des neutrinos.
Les travaux de thèses porteront sur la sélection des événements antineutrinos, la
reconstruction de leur spectre d’énergie, et la recherche d’un déficit et d’une distorsion
spectrale ayant pour origine le phénomène d’oscillation des neutrinos.
En utilisant un minimum de critères de sélections des candidats antineutrinos pour réduire les
erreurs systématiques, une analyse en termes d’oscillation de neutrino permettra de donner la
première contrainte, voire mesure, du dernier angle de mélange de la matrice d’oscillation :
theta13.
La cible du détecteur sera installée début 2008 par le groupe de Saclay, et sa bonne
connaissance est indispensable pour la compréhension des incertitudes systématiques liées à
l’appareillage. La quantité de liquide scintillant introduite dans le détecteur doit en effet être
connue avec une précision de 0,2%. L’étudiant suivra la construction et l’intégration des
enceintes acryliques dans le site souterrain de Chooz, et il participera à la mesure du nombre
de protons cibles lors de la phase de remplissage du détecteur.
Titre de la thèse :
6 Étude de la formation des grandes structures de
l’univers au moyen de l’expérience satellitaire Planck
Spécialité NPAC
Laboratoire et adresse : Dapnia/SPP
CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Groupe : Planck
Adresse site web : http://www.rssd.esa.int/index.php?project=Planck
Directeur de thèse et coordonnées : Dominique Yvon
01 69 08 36 25
[email protected]
Lieu du travail: Saclay
Déplacements éventuels :
Collaborations : Planck
Thème de recherche : Cosmologie observationnelle
Sujet et nature du travail proposé :
Le satellite Planck est un projet de l'Agence spatiale européenne, prévu pour un lancement en
février 2008. Planck permettra l'observation du fond diffus cosmologique micro-onde(FDCM,
ou CMB en anglais, pour Cosmic Microwave Background) non polarisé à une résolution
angulaire de 5 minutes d'arc, plein ciel, et pour 9 bandes de fréquence : de 30 GHz à 1 THz.
C’est une collaboration internationale à dominante européenne.
La caméra équipée de bolomètres refroidis à 100 mK au foyer d'un télescope pointé de 1,5
mètres de diamètre, nous permet d'aborder au moins deux objectifs scientifiques majeurs :
• Le premier est la mesure du spectre de puissance angulaire des anisotropies du FDCM
(souvent abrégé en spectre de Cl), non polarisé, des premiers pics acoustiques (utilisés pour
étalonnage sur le spectre de Cl de WMAP), jusqu’au 5e (multipôle de 2500) avec une
précision sans précédent. La position précise et la hauteur relative de ces pics est très
importante pour améliorer la précision de la mesure des paramètres des modèles
cosmologiques, spectre de puissance des fluctuations primordiales, etc. Planck, associé aux
données de l'expérience WMAP et du télescope spatial Hubble, permettra de préciser ces
mesures.
• Le second est la détection sur le même champ, et sur le champ XMM-LSS des amas de
galaxies brillants, par effet Sunyaev Zeld’ovitch (SZ). Une faible partie des photons du
FDCM diffuse par effet Compton sur les électrons du gaz chaud intra-amas. On observe une
déformation caractéristique du spectre du corps noir dans la direction de l’amas de galaxie, ce
qui permet sa détection. La densité d’amas par unité de redshift et la distribution de brillance
par unité de redshift dépendent violemment des paramètres cosmologiques, en particulier
sigma 8 (largeur de la distribution de densité de matière lissée sur 8 mégaparsecs de l’univers
local), de la densité de matière totale Ωm et du modèle de formation de structure adopté
(Press & Schechter, Seth & Tormen, etc.). Sur 40000 deg2, nous anticipons de détecter entre
quelques milliers à 10000 amas de galaxies et contraindre ainsi les modèles de formation de
structures en cosmologie.
Titre de la thèse :
7 Étalonnage absolu de l'énergie des muons dans le
spectromètre d'Atlas au LHC et étude de la production
de paires de bosons
Spécialité NPAC
Laboratoire et adresse : Dapnia/SPP
CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Groupe : Atlas
Adresse site web : http://atlasexperiment.org/
Directeur de thèse et coordonnées : Ahmimed Ouraou
01 69 08 85 33
[email protected]
Lieu du travail: Saclay
Déplacements éventuels : Cern
Collaborations : Atlas
Thème de recherche : Physique des particules (LHC)
Sujet et nature du travail proposé :
Atlas est une des expériences installées sur le LHC, au CERN, et son spectromètre à muons,
basé sur un aimant toroïdal supraconducteur de grande taille, fournit une reconstruction
autonome et précise des muons. Ses performances ont été étudiées sur simulation. Cependant,
avec l'arrivée des premières données, prévue pour 2007, il sera nécessaire d'étalonner l'échelle
d'énergie des muons. Pour cela, l'outil principal sera l'étude des désintégrations de Z en deux
muons. En effet, ils seront produits copieusement au LHC et leur masse est très bien connue
depuis le LEP. La comparaison des quantités de mouvement reconstruites dans le détecteur
interne et dans le spectromètre à muon pourra également fournir une vérification
indépendante.
Etude de la production de paires de bosons (ZZ et WZ) dans le canal leptonique : cette étude
permet de tester le modèle standard (couplages anormaux) et de rechercher de nouvelles
interactions dans le secteur bosonique. Le canal ZZ est aussi particulière ment important, car
il constitue un fond irréductible pour la recherche du boson de Higgs. Enfin, de nouvelles
particules pourraient être mises en évidence (e.g. W'-->WZ).ces informations.
Titre de la thèse :
8 Étude des états finals à deux bosons Z dans les
collisions proton-proton auprès de l'expérience CMS au
LHC (CERN)
Spécialité NPAC
Laboratoire et adresse : Dapnia/SPP
CEA-Saclay 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Groupe : CMS
Adresse site web : http://cms.cern.ch/
Directeur de thèse et coordonnées : Gautier Hamel de Monchenault
01 69 08 37 28
[email protected]
Lieu du travail: Saclay
Déplacements éventuels : Cern
Collaborations : CMS
Thème de recherche : Physique des particules (LHC)
Sujet et nature du travail proposé :
Selon les prédictions du modèle standard de la physique des particules, l'état final à deux
bosons Z dans les collisions proton-proton devrait être observé dès la première année de prise
de données au LHC, en 2008. L'étude des processus à deux bosons de jauge fournit un test fin
de la structure du modèle standard et offre en outre des possibilités de recherche de nouvelle
physique (couplages anomaux à trois bosons, dimensions supplémentaires, etc.). En
sélectionnant les désintégrations des bosons Z en leptons chargés, le candidat pourra exploiter
les compétences acquises dans le groupe CMS du CEA/Saclay sur le fonctionnement du
calorimètre électromagnétique de CMS et étendre ses compétences dans la compréhension du
système de détection des muons de CMS. Le sujet s'inscrit dans la continuité du travail réalisé
au sein du groupe Dapnia/Saclay tout en élargissant le spectre de physique étudiée.