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PhD student calibrating the Virgo interferometer and reconstructing real-time data (H/F)

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Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 1 juin 2022

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General information

Reference : UMR5814-CORFEU-004
Workplace : ANNECY LE VIEUX
Date of publication : Wednesday, May 11, 2022
Scientific Responsible name : Loic Rolland
Type of Contract : PhD Student contract / Thesis offer
Contract Period : 36 months
Start date of the thesis : 1 October 2022
Proportion of work : Full time
Remuneration : 2 135,00 € gross monthly

Description of the thesis topic

Le LAPP (Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules), laboratoire faisant partie de l'institut IN2P3/CNRS), lance un appel à candidatures pour un poste de doctorant(e) pour travailler sur l'expérience Virgo.
Virgo est un détecteur d'ondes gravitationnelles installé à Cascina près de Pise en Italie. Le/la doctorant(e) rejoindra l'équipe Virgo du LAPP, constituée d'une trentaine de physiciens, ingénieurs et techniciens. Le/la doctorant(e) participera à l'étalonnage de l'interféromètre Virgo et à la reconstruction des données en temps-réel pendant la période d'observation O4 (décembre 2022-janvier 2024) et à la préparation des améliorations prévues avant la période d'observation suivante, O5 (fin 2025/2026).
Activités
Le détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo, installé à Pise, fonctionne sur le principe d'un interféromètre laser avec des bras de 3 km de long. En août 2017, la première observation conjointe d'ondes gravitationnelles, par les détecteurs LIGO (Etats-Unis) et Virgo (Italie), provenant d'une coalescence d'étoiles à neutrons et d'un sursaut gamma, suivie par celle d'un signal optique, a ouvert un tout nouveau chapitre de l'astronomie multi-messagers. Outre la confirmation de la nature des sursauts gamma courts, de nouveaux types de mesures ont pu être réalisés, allant de tests de la relativité générale à une nouvelle mesure indépendante de la constante de Hubble, avec une précision de l'ordre de 15%. Après avoir amélioré les détecteurs, une autre période d'observation conjointe en 2019/2020 a porté à environ 90 le nombre de coalescences de systèmes binaires compacts détectés (majoritairement des trous noirs). La prochaine prise de données, appelée O4, va commencer fin 2022 et devrait permettre de multiplier par trois ce nombre d'événements détectés. Cette progression exponentielle devrait se poursuivre lors des prochaines prises de données. Avec les détections de plus en plus nombreuses à venir, la précision de l'étalonnage du détecteur et la précision de la reconstruction du signal d'onde gravitationnelle devront être de mieux en mieux maîtrisées.

En 2019/2020, le signal d'onde gravitationnelle de Virgo a été reconstruit en-ligne avec une incertitude de l'ordre de 5 %. Avec l'amélioration de la sensibilité des détecteurs, le nombre de sources détectées va augmenter, et certaines sources seront observées avec un rapport signal sur bruit de quelques dizaines. Il faut donc réduire les incertitudes de la calibration et de la reconstruction du signal d'onde gravitationnelle au niveau du pourcent afin de ne pas limiter les études de physique fondamentale, astrophysiques et cosmologiques. Afin de reconstruire correctement les paramètres astrophysiques (direction, distance, masses, spins, ...) des sources d'ondes gravitationnelles détectées, il est important de bien comprendre la façon dont ces incertitudes sur le signal reconstruit influent sur la précision des paramètres estimés, notamment pour les événements détectés en ligne.

L'équipe Virgo du LAPP développe une technique d'étalonnage, le calibrateur optique, basée sur la pression de radiation d'un laser auxiliaire pour déplacer d'une quantité connue un miroir suspendu. Cette technique est actuellement la méthode de référence pour étalonner les détecteurs LIGO et Virgo, et une procédure d'inter-étalonnage des différents détecteurs du réseau est en cours de mise en place. Un des objectifs de la thèse proposée est d'améliorer la précision de cette technique en deçà du pourcent, d'étendre sa bande de fréquence utile à haute fréquence, ainsi que de participer activement à l'inter-étalonnage des différents détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA (Japon). Il sera aussi très utile d'inter-étalonner le calibrateur optique avec un calibrateur newtonien, nouvelle technique d'étalonnage développée par l'équipe de Strasbourg se basant un champ gravitationnel variable.
Un autre aspect de ce travail de thèse consisterait à réduire le temps nécessaire pour fournir le signal d'onde gravitationnelle h(t) aux analyses en ligne, sans trop perdre de précision, afin de permettre des pre-alertes sur les détections de coalescences de binaires d'étoiles à neutrons.



Compétences / qualifications demandées

Master en physique des particules ou astrophysique
Bases de programmation

Work Context

Le LAPP (https://lapp.in2p3.fr/) est un laboratoire de physique des hautes énergies où travaillent environ 150 chercheurs , ingénieurs et techniciens et situé à Annecy à moins de 50 kms de Genève. Le laboratoire a été fondé en 1976 et est l'un des 15 laboratoires de l'IN2P3 (Institut de physique nucléaire et de physique des particules), institut du CNRS (Centre national de la recherche scientifique). Le LAPP est un laboratoire commun de recherche de l'Université Savoie Mont Blanc (USMB) et du CNRS. Les recherches menées au LAPP visent à étudier les constituants ultimes de la matière, leurs interactions fondamentales, ainsi qu'à explorer leurs liens avec les grandes structures de l'Univers. Le LAPP est impliqué au niveau international dans les expériences du LHC du CERN (ATLAS, LHCb), celles des neutrinos (DUNE,...), d'astrophysique (CTA, LSST) ou des ondes gravitationnelles (VIRGO). La localisation du laboratoire près du CERN et la présence d'un laboratoire de physique théorique dans les mêmes locaux, en font un laboratoire très attractif pour les scientifiques de ce domaine de recherche.
Créé en 1976, le LAPP est l'un des 19 laboratoires de l'Institut de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3). Il compte près de 140 chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens, administratifs, étudiants et visiteurs étrangers. Les travaux menés au LAPP ont pour but l'étude de la physique des particules élémentaires et de leurs interactions fondamentales, ainsi que l'exploration des connexions entre l'infiniment petit et l'infiniment grand. Le LAPP est impliqué dans les expériences du LHC (ATLAS, LHCb), celles des neutrinos (SuperNémo, STEREO, LBNO, ..), d'astrophysique (HESS, CTA) ou des ondes gravitationnelles (Virgo). La localisation du laboratoire à 50 km du CERN, et la présence d'un laboratoire de physique théorique dans les mêmes locaux, en font un laboratoire très attractif pour tous les scientifiques de ce domaine de recherche. Le LAPP héberge également un mésocentre de calcul et de stockage de taille intermédiaire mais qui contribue de manière significative aux traitement de données des grandes expériences de physique telles ATLAS, LHCb ou CTA.

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 9 physiciens, 12 ingénieurs et techniciens ainsi que 7 doctorants et post-doctorants. Le groupe participe à la construction et fonctionnement du détecteur Virgo avec les réglages pour le run O4 (2023) et la préparation des améliorations à apporter pour le run O5 (2025) : 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+).

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