Thèse en physique des neutrinos - Expérience Dune (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Cette offre de thèse au sein du laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC) s’inscrit dans le cadre de l’expérience Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). DUNE est une expérience internationale sur les neutrinos en cours de développement, hébergée aux États-Unis, et qui réunit les efforts de plus de 1400 scientifiques et ingénieurs issus de plus de 200 institutions à travers le monde. Conçue principalement comme une expérience d'oscillation des neutrinos, elle vise à approfondir nos connaissances sur ce phénomène, notamment en déterminant l'ordre de masse des neutrinos, en mesurant la phase de violation de la symétrie de charge-parité (si elle est non nulle), en améliorant la précision des paramètres d'oscillation et en testant le paradigme à trois saveurs. Pour ce faire, le faisceau de neutrinos le plus intense au monde est en cours de construction au FNAL (Fermilab), et à 1300 km de là, profondément sous terre, au Sandford Underground Research Facility (Dakota du Sud), quatre gigantesques modules de détecteurs lointains sont prévus. Ces modules sont des chambres à projection temporelle à argon liquide (LArTPC), contenant chacune 17 kilotonnes d'argon liquide. Grâce à ses détecteurs colossaux et bien blindés, DUNE peut élargir son champ d'étude et analyser les neutrinos provenant de sources autres que le faisceau.

L'équipe APC s'intéresse à l'étude des neutrinos atmosphériques, produits dans la haute atmosphère terrestre, qui traversent la planète et peuvent interagir avec les détecteurs lointains de DUNE. L'échantillon atmosphérique couvre une large gamme d'énergies, englobant celle du faisceau de DUNE (environ 0,8 à 10 GeV), et peut également servir à étudier les oscillations des neutrinos, offrant une sensibilité à l'ordre de masse des neutrinos et à l'angle de mélange θ₂₃. Il a également été démontré que les neutrinos d'énergie inférieure à 1 GeV (sub-GeV) offrent une sensibilité à la phase de violation de CP.

Les détecteurs lointains de DUNE sont des instruments de pointe, les plus grands LArTPC jamais conçus. L'expérience mène un ambitieux programme de prototypage afin de valider à grande échelle cette technologie en constante évolution, hébergée sur la plateforme neutrino du CERN. Deux détecteurs, appelés les protoDUNEs, ont été construits et ont permis de tester trois technologies de lecture différentes. Deux technologies ont été retenues pour les deux premiers modules de détecteurs lointains : la première, à base de fils, et la seconde, à base de circuits imprimés. Les neutrinos sont détectés grâce à leurs interactions avec les noyaux d'argon au sein du LArTPC. Ces interactions libèrent des particules chargées énergétiques qui ionisent et excitent l'argon liquide. Les électrons sont déplacés par un champ électrique appliqué vers trois plans de lecture orientés selon différents angles, où ils induisent des signaux. Les LArTPC peuvent produire des images 3D très précises des événements neutrino, pouvant s'étendre sur plusieurs mètres. Ces instruments produisent d'importantes quantités de données qui nécessitent plusieurs étapes de traitement avant d'obtenir les variables physiques pertinentes. Généralement, des méthodes d'apprentissage automatique sont utilisées pour optimiser les performances.

Au CERN, les protoDUNEs sont caractérisés à l'aide de faisceaux de particules chargées, ce qui permet d'étudier individuellement la réponse du détecteur à ces particules, telles que les électrons, les muons, les protons, les pions, etc. Cependant, ces faisceaux de test ne permettent de collecter qu'un très petit nombre de neutrinos.

Ce doctorat est financé par un projet conjoint UChicago-CNRS intitulé « Exploiting Liquid Argon Instruments for sub-GeV Neutrinos » (ELAIN), qui réunit l'équipe DUNE de l'APC et une équipe de l'Université de Chicago travaillant sur le détecteur SBND (Short Baseline Near Detector) du FNAL. SBND est un LArTPC de conception similaire à l'instrument Horizontal Drift de DUNE, situé à 110 mètres de la cible du faisceau de neutrinos et enregistrant plus d'un million d'événements de neutrinos par an. Le projet vise à utiliser les données d'interactions réelles de neutrinos enregistrées par SBND pour étudier les performances de DUNE face aux neutrinos atmosphériques de faible énergie (sub-GeV). Dans ce cadre, la thèse proposée portera sur la reconstruction d'événements dans DUNE, en étroite collaboration avec l'équipe de l'Université de Chicago.

Votre Environnement de Travail

Le travail consiste en l’analyse de données, simulées et réelles, afin de :

- Etudier les méthodes de reconstruction existantes dans DUNE, en utilisant à la fois des simulations et les données de faisceaux de particules chargées issues des protoDUNE
- Comparer les performances obtenues avec des événements à trace unique dans les détecteurs protoDUNE et SBND
- Etudier la reconstruction des événements de neutrinos à l’aide de la simulation du détecteur lointain de DUNE et comparer les performances attendues de DUNE aux interactions de neutrinos de basse énergie avec SBND
- Estimer les incertitudes systématiques liées à la reconstruction, en particulier celles qui ont le plus d’impact sur la détermination des paramètres d’oscillation avec l’échantillon atmosphérique

Des réunions régulières à distance seront organisées entre l’équipe de l’APC et celle de l’Université de Chicago, ainsi que des réunions en présentiel à Paris et au CERN, et des visites annuelles à Chicago

Un intérêt marqué pour l’informatique (développement de logiciels, techniques d’apprentissage automatique, etc.) est souhaitable.

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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