CDD Doctorant (H/F) Étude des propriétés de la QCD avec l’expérience ALICE au CERN-LHC

Description du Poste

Sujet De Thèse

Construire un nouveau classificateur d'événements pour étudier les propriétés QCD de la matière hadronique avec l'expérience ALICE au CERN-LHC.

À des températures extrêmement élevées, la matière ordinaire subit une transition de phase vers un état dans lequel ses constituants élémentaires, les quarks et les gluons, peuvent se déplacer librement : le plasma de quarks et de gluons (QGP) [1]. On pense que l’Univers était constitué d’un QGP quelques microsecondes après le Big Bang. Se comportant comme un liquide parfait, le QGP présente des propriétés collectives. Il peut être créé lors de collisions noyau-noyau à haute énergie au LHC. Notre compréhension du comportement du QGP a été bouleversée en 2010 avec le démarrage du LHC. Jusqu’alors, le QGP était étudié en comparant les propriétés des particules dans des systèmes lourds et dans des systèmes plus légers où, a priori, le QGP n’est pas produit : proton-proton (pp) et proton-plomb (p–Pb). Ces systèmes légers, dans lesquels les densités d’énergie extrêmes requises ne devraient a priori pas être atteintes, étaient donc considérés comme des références. De manière surprenante, aux énergies du LHC, dans une petite fraction de ces collisions, le nombre de particules produites est similaire à celui observé dans les collisions noyau-noyau à plus basse énergie où le QGP est présent. Plus surprenant encore, des signatures emblématiques de la formation du QGP ont été observées [2]. Est-ce que le QGP peut se former dans de petits système et en corollaire, quels sont les mécanismes impliqués dans l'état initial de la collision qui crée une température et une énergie suffisamment élevées pour permettre sa formation ? Pour répondre à cette question, nous proposons de développer une nouvelle méthode de classification des interactions hadroniques, fondée sur une cartographie bidimensionnelle des particules chargées produites dans l’état final de la collision.

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) est l’une des quatre expériences majeures installées au LHC, au CERN, dédiée à l’étude du QGP [3]. En 2022, le LHC est entré dans une nouvelle phase d’exploitation, le RUN 3, pour laquelle tous les détecteurs de l’expérience ont été mis à niveau afin de supporter le taux d’interaction le plus élevé jamais atteint, permettant ainsi la collecte de grands volumes de données. ALICE bénéficie de nombreuses améliorations, telles que le système de trajectographie interne (ITS) [4] et l’ajout d’un nouveau détecteur, le Muon Forward Tracker (MFT) [5].
Ces deux détecteurs sont des détecteurs à pixels en silicium fortement segmentés, permettant la reconstruction des trajectoires des particules chargées via leur dépôt d’énergie dans la matrice de pixels. L’ITS est cylindrique, centré sur le point d’interaction, avec des couches parallèles à l’axe z de la collision, et conçu pour mesurer les particules chargées dans la région de rapidité centrale. Le MFT est un spectromètre constitué de plans perpendiculaires à l’axe z de la collision, conçu pour mesurer les particules chargées dans la région avant. De manière unique au LHC, ALICE est capable de mesurer la multiplicité des particules chargées, via les trajectoires, simultanément dans les régions de rapidité centrale et avant. Dans cette thèse, nous proposons de construire un nouveau classificateur d’événements basé sur la corrélation bidimensionnelle de la multiplicité des particules chargées mesurée dans ces deux régions de rapidité.

Le doctorant ou la doctorante bénéficiera du large échantillon de données collecté par l’expérience ALICE durant le RUN 3 du LHC, incluant l’ITS et le MFT, et développera des techniques d’analyse afin d’extraire la densité de multiplicité des particules chargées dans les deux régions de rapidité considérées, ainsi que la distribution de multiplicité des particules chargées.cLa faisabilité de cette première étape a été démontrée par la première mesure préliminaire de la densité de particules chargées aux rapidités centrale et avant par ALICE, présentée pour la première fois en 2025 lors des conférences Moriond et Quark Matter [6]. Dans un second temps, il ou elle construira la corrélation bidimensionnelle permettant une cartographie de l’état final ainsi que l’interprétation de la mesure dans le cadre de la QCD. Il ou elle jouera un rôle central dans le développement de la stratégie d’analyse et des logiciels associés, en utilisant le framework logiciel Online-Offline d’ALICE, O2 [7].

[1] N. Cabibbo and G. Parisi: Phys. Lett. 59B (1975)
[2] PLB 727 (2013) 371 arXiv:1307.1094 | PLB 726 (2013) 164 arXiv:1307.3237 | PLB 719 (2013) 29 arXiv:1212.2001| PRC 90 (2014) 044906 arXiv:1409.1792| JHEP 1009 (2010) 091 arXiv:1009.4122 | For a complete review of Run 1+2 ALICE experimental results see Eur. Phys. J. C 84 (2024) 813 arXiv:2211.04384
[3] K. Aamodt et al. (ALICE Collaboration), JINST 3, S08002 (2008) http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/3/08/S08002/pdf
[4] J. Phys. G 41 (2014) 087002 https://cds.cern.ch/record/1625842/files/0954-3899_41_8_087002.pdf?version=1
[5] https://cds.cern.ch/record/1981898/files/ALICE-TDR-018.pdf
[6] https://moriond.in2p3.fr/2025/QCD/ | https://indico.cern.ch/event/1334113/
[7] https://github.com/AliceO2Group/O2Physics.

Votre Environnement de Travail

Le doctorant ou la doctorante participera aux activités expérimentales de la collaboration, en contribuant à la prise de données ainsi qu’aux tâches de service en lien avec le sujet de thèse. Il ou elle présentera ses travaux lors de conférences internationales. Il ou elle sera intégré(e) à la communauté française, avec la possibilité de participer à des événements tels que ceux organisés par le GDR (Groupement de Recherche) QCD ainsi qu’à la réunion annuelle QGP-France. Les résultats de l’analyse des données seront publiés dans des revues à comité de lecture et dans des actes de conférences.

Le doctorant ou la doctorante sera basé(e) au LPCA (CNRS/IN2P3/UCA), à Clermont-Ferrand, France, au sein de l’équipe ALICE. L’équipe ALICE-Clermont est actuellement composée de six enseignants-chercheurs, d’une postdoctorante et de deux doctorants, et dispose d’une expertise reconnue de longue date sur l'expérience ALICE, la prise de données et les analyses de physique. Le doctorant ou la doctorante sera membre de la collaboration ALICE [8], une collaboration internationale regroupant plus de 2000 physiciens de tous les continents.

Le doctorant ou la doctorante effectuera des déplacements réguliers au CERN afin de mener les travaux expérimentaux et de participer aux réunions de la collaboration. Il ou elle présentera régulièrement ses travaux au sein des groupes de travail de la collaboration ainsi que devant un comité de suivi de thèse, garantissant une progression continue du travail doctoral. Les déplacements au CERN seront financés par l’équipe ALICE-Clermont.
[8] https://alice-collaboration.web.cern.ch
[9] https://root.cern/install/

Rémunération et avantages

Rémunération

2300€ brut 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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