Description du sujet de thèse

Améliorer le potentiel de découverte de XENONnT et XLZD pour la détection de la matière noire grâce à l'étude de leurs électrodes

Contexte de travail

Faire la lumière sur la nature de la matière noire est aujourd'hui l'une des principales priorités de la physique moderne des particules et des astroparticules.
Les expériences de détection directe visent à étudier les modèles de matière noire où cette mystérieuse particule, voyageant dans notre galaxie, pourrait interagir dans des détecteurs ultra-sensibles à faible bruit de fond.
Les chambres de projection temporelle (TPC) au xénon liquide à double phase constituent l'une des technologies de pointe actuelles.
La taille des détecteurs actuellement en service est si importante que de nouveaux défis doivent être relevés :
1) la présence d'électrons isolés ou de petits amas d'électrons, qui remet en question notre capacité à détecter la matière noire légère, et
2) la difficulté d'augmenter la fraction d'extraction des électrons à 100 % avec la technologie actuelle des électrodes. Ces deux questions sont actuellement à l'étude au XENONnT, et nous pensons qu'elles seront encore plus problématiques pour le détecteur XLZD de prochaine génération.
Avec ce projet, nous visons à relever ces deux défis, à la fois pour XENONnT et pour XLZD.
Du point de vue matériel, nous développons de nouvelles électrodes qui seront testées dans notre TPC à petite échelle installé au LPNHE, appelé XeLab. XeLab est actuellement en cours de mise en service.
Le doctorant sera amené à faire fonctionner un vrai détecteur à échelle humaine et développer son expertise dans le domaine de la détection directe de la matière noire. Il participera à la prise de données, à l'analyse des données et à la conception de plusieurs prototypes d'électrodes et présentera ses résultats lors des réunions du XLZD.
Il aura également la possibilité de rejoindre XENONnT, l'une des expériences les plus sensibles à la matière noire à ce jour, et prendra en charge l'analyse des données dans le but ultime de rechercher des candidats légers de matière noire, en participant aux prise des données et en travaillant en parallèle sur la conception de l'expérience de nouvelle génération XLZD.
Le travail de thèse se déroulera au sein de l’équipe XENON du Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies (LPNHE) situé à Paris. Des déplacements sont à prévoir au Laboratoire National de Gran Sasso (LNGS) en Italie.