Description du sujet de thèse

La matière noire constitue l’un des principaux défis de la physique fondamentale. Parmi les candidats théoriques les plus étudiés figurent les particules massives faiblement interactives (WIMPs). Les chambres à projection temporelle (TPC) en double phase, remplies de liquides nobles, représentent aujourd’hui la technologie la plus sensible pour leur détection sur une large gamme de masses.

Le détecteur DarkSide-20k, basé sur 50 tonnes d’argon liquide, est actuellement en construction aux Laboratori Nazionali del Gran Sasso (Italie), avec un démarrage prévu en 2027. Il combine les signaux d’ionisation et de scintillation pour permettre une reconstruction fine des événements et une discrimination efficace entre reculs électroniques et nucléaires. L’équipe APC est fortement impliquée dans le développement des outils de simulation, de reconstruction et d’analyse des données.

Afin d’étendre la portée scientifique de DarkSide-20k vers les plus basses énergies (WIMPs légers, neutrinos solaires et de supernova), il est essentiel d’affiner le modèle de réponse de l’argon liquide aux reculs nucléaires. À cette fin, l’APC collabore avec l’Université de São Paulo (USP, Brésil) au sein de l’expérience ReD, une TPC exposée à des sources de neutrons, conçue pour étudier la réponse de l’argon dans la gamme du keV.

Les objectifs principaux de ce projet de thèse seront :
de participer aux prochaines campagnes de mesures de ReD et à l’analyse des données acquises avec des sources de neutrons ;
de contribuer aux simulations Monte Carlo et à l’interprétation des résultats ;
d’évaluer l’impact de cette modélisation sur la sensibilité de DarkSide-20k aux WIMPs légers et aux neutrinos ;
de participer au développement d’algorithmes de reconstruction de DarkSide-20k, en particulier pour les signaux d’ionisation.

Le(la) doctorant(e) participera également aux premières analyses des données de DarkSide-20k et aux activités associées au sein de la collaboration. Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un programme doctoral co-encadré entre l’APC et l’USP.

Le(la) candidat(e) devra être titulaire d’un Master 2 ou équivalent en physique. Des compétences en programmation (C++, Python) et en analyse de données sont souhaitées.

Contexte de travail

Le laboratoire d’accueil est le laboratoire Astroparticule et Cosmologie (APC – UMR 7164, https://apc.u-paris.fr), une unité mixte de recherche du CNRS, de l’Université Paris Cité, du CEA et de l’Observatoire de Paris. Situé sur le campus de Paris Rive Gauche, l’APC rassemble environ 200 chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, post-doctorants et doctorants, autour de projets en physique des astroparticules, cosmologie et astrophysique de haute énergie.

Le(la) doctorant(e) intégrera l’équipe Particules, fortement impliquée dans les expériences de détection directe de matière noire et de neutrinos, ainsi que dans le développement de détecteurs cryogéniques à argon liquide.

Contraintes et risques

Des déplacements hors région et à l’étranger sont à prévoir durant la thèse, notamment pour les campagnes de mesure à l’INFN-LNS (Catane, Italie), les réunions de collaboration de DarkSide-20k aux Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS, Italie), ainsi que pour des séjours scientifiques à l’Université de São Paulo (Brésil), dans le cadre de la collaboration internationale entre l’APC et l’USP, à l’origine du financement de cette thèse. Le(la) doctorant(e) sera également encouragé(e) à participer à des conférences internationales.