Doctorant ou Doctorante (H/F) - Interférométrie à haute sensibilité pour le développement de revêtements cristallins pour les détecteurs d'ondes gravitationnelles

Description du Poste

Sujet De Thèse

La première détection d’ondes gravitationnelles issues de la coalescence de trous noirs annoncée par la collaboration LIGO-Virgo en 2016 a permis d’ouvrir le domaine de l’astronomie gravitationnelle. La première détection d’une onde gravitationnelle issue de la coalescence de deux étoiles à neutrons en coïncidence avec un sursaut gamma a ouvert la voie de l’astronomie multi-messager. Depuis, presque 400 évènements ont été détectés par les détecteurs LIGO et Virgo. Ces résultats ont été récompensés par plusieurs prix parmi lesquels le prix Nobel de Physique en 2017. Le détecteur Virgo est basé sur un interféromètre laser de type Michelson ayant des bras de trois kilomètres de long. Le passage d’une onde gravitationnelle produit un changement différentiel de la longueur des bras qui se traduit par un signal lumineux à la sortie de l’interféromètre. Afin d’augmenter la distance à laquelle ces évènements sont observables, la sensibilité des détecteurs doit être améliorée. Dans la région de fréquences où le détecteur est le plus sensible, autour de 100 Hz, la limitation principale vient du bruit thermique des miroirs qui composent l’interféromètre. En particulier, c’est la dissipation mécanique dans les traitements réfléchissants (‘coatings’) qui est la source du bruit thermique. Pour cette raison la communauté des chercheurs travaillant sur la détection des ondes gravitationnelles, recherche des traitements ayant un plus faible bruit thermique. Un axe de recherche consiste à remplacer les coatings composés de matériaux diélectriques amorphes par des coatings monocristallins basés sur des matériaux III-V du type de ceux utilisés pour l’électronique. Afin d’être utilisables, ces matériaux doivent aussi avoir d’excellentes propriétés optiques.
Dans ce cadre, le groupe Virgo du LAPP coordonne un projet visant à développer des coatings basés sur des multicouches de type GaAs/AlGaAs. Le projet, financé par l’ANR, se fait en collaboration avec le CEA à Grenoble, le LMA à Lyon et deux entreprises en région parisienne. Le rôle du LAPP est de développer un banc optique capable de mesurer le bruit thermique de ces coatings afin de guider leur développement. La mesure est basée sur une cavité optique à très haute finesse dont un des miroirs est réalisé avec le traitement réfléchissant dont on veut mesurer le bruit thermique. La cavité doit être illuminée avec un faisceau laser dont la fréquence est modulée de façon à exciter plusieurs modes de la cavité en même temps. La mesure de la variation des fréquences de résonance de ces modes permet de déduire le bruit thermique à mesurer. La technologie d'interférométrie utilisée est similaire celle utilisée dans le cadre du projet Virgo. La difficulté réside dans la faible amplitude du bruit thermique qui nécessite un banc ayant une très haute sensibilité, capable de mesurer le bruit thermique sans être limité par les bruits d’environnement et du laser. Le banc sera installé au LAPP et son développement bénéficie du savoir-faire développé à Annecy dans le domaine de la détection des ondes gravitationnelles depuis plus de trois décennies. Il convient de souligner qu'un tel banc optique à haute sensibilité peut également être utilisé pour mesurer le bruit thermique de miroirs ou de revêtements basés sur d'autres technologies. L’étudiant travaillera donc sur un banc optique polyvalent, qui sera utile aussi pour le développement des miroirs du futur projet Européen dédié aux ondes gravitationnelles, le Einstein Telescope. En plus du travail de thèse sur le développement du banc optique, l'étudiant participera au projet de développement du revêtement, ce qui lui permettra d'être exposé à différents domaines d’expertise. Ce contexte constituera une excellente formation pour l'étudiant. Enfin l'étudiant aura la possibilité de discuter et de présenter son travail lors des différentes réunions de la collaboration international LIGO-Virgo-KAGRA et Einstein Telescope.

Votre Environnement de Travail

Le LAPP est un laboratoire de l’Institut Nucléaire & Particules (IN2P3), institut du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) qui coordonne les programmes dans ces domaines. Le LAPP est une unité mixte de recherche (UMR 5814) du CNRS et de l’Université Savoie Mont-Blanc (USMB).
Plus de 150 chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens, administratifs, étudiants et visiteurs étrangers y travaillent. Les recherches menées au LAPP ont pour but l’étude de la physique des particules élémentaires et de leurs interactions fondamentales, ainsi qu’à explorer leurs liens avec les grandes structures de l’Univers. Les travaux des équipes du LAPP visent, entre autres, à comprendre l’origine de la masse des particules, à percer le mystère de la matière noire ou encore à déterminer ce qui est arrivé à l’antimatière présente dans notre univers au moment du Big-Bang.

Virgo est une expérience internationale de détection des ondes gravitationnelles basée à Pise en Italie. Son principe de détection est un interféromètre de Michelson dont les bras mesurent plus de 3 km. Le groupe Virgo du LAPP compte 10 physiciens, 12 ingénieurs et techniciens ainsi que 4 doctorants et post-doctorants. Le groupe participe à la construction et fonctionnement du détecteur Virgo et la préparation des améliorations à apporter d’ici 2030 : système de détection du laser en sortie de l’interféromètre, électronique et logiciels pour le contrôle du détecteur et l’acquisition des données, bancs optiques intégrés au système de « squeezing » pour réduire le bruit quantique dans le détecteur, étalonnage du détecteur. Le groupe est aussi impliqué dans la caractérisation des données et dans les recherches d’ondes gravitationnelles en provenance de coalescences d’objets compacts, d’un fond stochastique ou d’étoiles à neutrons en rotation. Le groupe commence aussi à s’investir dans la conception du futur détecteur d’ondes gravitationnelles Einstein Telescope (2030+).

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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