Description du sujet de thèse

Dans le cadre des projets de collisionneurs leptoniques futurs, un prototype de calorimètre hadronique ultra granulaire, le SDHCAL, a été réalisé à l’IP2I (voir [1] pour une description des résultats et [2] pour une description détaillée). Pour les projets de collisionneurs leptoniques circulaires comme le FCC et le CEPC, il est proposé d’adjoindre au SDHCAL une capacité de mesures précises du temps pour former un calorimètre ultra granulaire en temps et espace. Cette évolution est nommée TSDHCAL.

Le prototype TSDHCAL est constitué de MGRPC (chambres à plaques résistives en verre multicouches) de 1 m 2 positionnées tous les 2,5 cm et embarquant une électronique de lecture fournissant une segmentation en carreau de 1 cm 2 et une précision temporelle de quelques dizaines de picosecondes.

Les calorimètres ultra granulaires visent à améliorer la reconstruction des jets par les algorithmes de Flux de particules (PFA)[3]. Les algorithmes de PFA utilisés sont PandoraPFA[4] et APRIL[5]. Ce dernier a été développé dans l’équipe, voir [6] (en français). Un programme de simulation du SDHCAL nécessite de reproduire la réponse électronique des MGRPCs. Pour ce faire, un algorithme dit de digitisation a été développé pour des GRPC simple couche et est décrit dans [7] en anglais et dans la thèse [8] en français.

L’objectif de la thèse est d’étudier ce que l’inclusion de la segmentation en temps apporte à la performance de reconstruction des jets par algorithmes de PFA, de modéliser la réponse temporelle des MGRPC et d’inclure cette modélisation dans l’algorithme de digitisation afin au final d’estimer les capacités du TSDHCAL à mesurer correctement les jets dans les futurs détecteurs.

Les développements logiciels concernant la simulation se font en C++. Une grande aisance avec la programmation C++ est nécessaire pour cette thèse. La thèse implique aussi de construire des MGRPC et de mesurer leurs performances. Une expérience en instrumentation sera un plus.

Références
[1] http://inspirehep.net/record/1712893/files/fulltext.pdf
[2] https://arxiv.org/pdf/1506.05316
[3] https://arxiv.org/abs/physics/0412149
[4] https://arxiv.org/abs/0907.3577
[5] https://arxiv.org/abs/2002.09678
[6] https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01579761
[7] https://arxiv.org/pdf/1604.04550.pdf
[8] http://hal.in2p3.fr/tel-01282680v1

Contexte de travail

L’Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I) est une unité mixte de recherche (UMR 5822) du CNRS/IN2P3 et de l’Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL). L’IP2I héberge le Laboratoire des matériaux avancés (LMA), une « plate-forme nationale de recherche » de l’IN2P3. Le laboratoire est impliqué dans la plupart des domaines de la physique subatomique, à savoir la physique des particules du modèle standard et au-delà, les neutrinos, les astro-particules et la cosmologie, les ondes gravitationnelles, la structure nucléaire et le plasma quark-gluon. L’IP2I a par exemple été un acteur majeur dans la découverte du boson de Higgs au CERN. L’IP2I se positionne aussi à la frontière de l’astrophysique, sur les grandes questions de cosmologie, que sont la matière noire et l’énergie noire, pour comprendre la composition de l’Univers et son évolution. L’IP2I a aussi des activités interdisciplinaires sur des sujets à forts enjeux sociétaux liés à la santé (hadronthérapie) et à l’énergie nucléaire (retraitement et matériaux du futur).

La plateforme nationale LMA augmente la visibilité de l’IP2I par son expertise mondiale dans le dépôt de couches optiques ultraminces. Elle a développé les miroirs les plus réfléchissants au monde, qui ont contribué à la découverte des ondes gravitationnelles en 2015 et 2017 par les expériences LIGO (US) et VIRGO (EU).

Les activités de recherche sont structurées en quatre pôles thématiques : l’infiniment petit, l’infiniment grand, la théorie et les sciences interdisciplinaires.

L ‘IP2I est équipé de cinq départements techniques : instrumentation, informatique, mécanique, microélectronique et électronique. Le personnel technique hautement qualifié conçoit et construit des outils innovants et constitue une force technologique reconnue au plan national et international. Le laboratoire bénéficie d’équipements de pointe avec des salles d’expérience équipées dont certaines « blanches » et un atelier mécanique. Il comprend la plateforme nationale de recherche LMA et deux plateformes techniques en radiation et métrologie nucléaire (ANAFIRE et LABRADOR).
L’IP2I en chiffres

Le laboratoire est composé d’environ 250 personnes dont :

42 enseignants-chercheurs
32 chercheurs permanents
8 chercheurs émérites
94 ingénieurs et techniciens
plus de 60 doctorants et post-doctorants

En plus de ces personnes, environ 40 stagiaires et environ 25 visiteurs étrangers sont reçus chaque année dans nos locaux.
Valorisation et diffusion des connaissances

La majeure partie de nos recherches se poursuivent au sein de collaborations internationales de premier plan et nos contributions sont mondialement reconnues. Nous participons à la formation des jeunes à la recherche et par la recherche, à l’enseignement universitaire, et à la valorisation de nos résultats. Les développements réalisés à l’IP2I dans le cadre de la recherche fondamentale ont vocation, dans la mesure du possible à être transférés dans le monde socio-économique et nous avons des liens forts avec divers acteurs socio-économiques de la région AURA à travers des contrats de recherche en partenariat: ANR, ERC, IDEX, LABEX et Horizon 2020

Vous travaillerez au sein de l'équipe FLC du groupe de recherche Particules de l'IP2I. Cette équipe a une longue expérience du développement instrumental de RPC et de calorimétrie granulaire. L'IP2I est situé sur le campus scientifique Lyon Tech La Doua à Villeurbanne. Vous serez membres de collaborations DRD de l'ECFA en connexion avec le CERN. Vous pourrez collaborer avec les équipes techniques de l'IP2I et utiliser les ressources informatiques du serveur de calcul de l'IP2I, du centre de calcul de l'IN2P3 et éventuellement celles du CERN via l'appartenance aux DRD.

Contraintes et risques

Le candidat doit être titulaire d'un M2 en physique subatomique ou d'un diplôme équivalent. La thèse sera rattachée à l'école doctorale PHAST (https://phd-physics.universite-lyon.fr/ed-52-phast/site-francais/)