Description du sujet de thèse

La mécanique quantique et la théorie de la relativité forment les deux piliers fondamentaux de la physique moderne. Ensemble, elles prédisent que le vide quantique n'est pas vide, mais rempli de paires de particules et antiparticules virtuelles. À une intensité critique — également connue sous le nom de limite de Schwinger — un laser peut convertir les plus légères fluctuations du vide quantique, notamment les paires virtuelles électron-positon, en particules réelles. Bien que théorisé il y a près d’un siècle, ce régime de champs intenses en électrodynamique quantique (QED) reste largement inexploré expérimentalement.

L’objectif principal de ce projet de doctorat est la planification et la réalisation d’expériences de QED en champs intenses (SFQED) sur l'installation laser multi-PW Apollon. Nous visons à faire entrer en collision des électrons multi-GeV, fournis par un accélérateur à sillage laser (LWFA), avec une impulsion laser de haute intensité en un point d’interaction (IP) éloigné du lieu d'accélération LWFA. Dans le référentiel du faisceau d'électrons ultra-relativistes, l'intensité laser sera amplifiée par effet de Lorentz, ce qui nous permettra d’atteindre et de dépasser le champ critique en QED.

Ce schéma a été mis en œuvre à plusieurs reprises, d'abord lors de l'expérience E-144 au SLAC. Notre groupe est actuellement à la tête de l'expérience E320 E-320 qui succède à E-144 sur le faisceau d’électrons de haute qualité de 10 GeV fourni par la FACET-II. Dans ce contexte, nous acquérons une expérience précieuse que nous mettrons à profit pour atteindre le niveau multi-PW sur Apollon. L'échange et la participation au programme E-320 sont envisageables et fortement encouragés pour le projet de doctorat proposé.

Comparativement à d'autres campagnes expérimentales menées sur des installations laser entièrement optiques, telles que le laser Gemini au Royaume-Uni ou CoReLS en Corée, nous mettrons en place un transport de faisceau depuis l'accélérateur à sillage laser (LWFA) vers le point d’interaction de haute intensité. Cela nous permettra de mesurer les propriétés du faisceau d'électrons avant qu'il ne rentre en collision avec le laser. Par ailleurs, nous pourrons sélectionner des électrons avec une énergie bien définie. La conception de ce transport de faisceau constituera l'un des premiers projets de cette thèse de doctorat.

Afin d’obtenir des diagnostics sur chaque collision, il sera nécessaire de mesurer les paramètres d'impact spatiaux et temporels entre le laser haute intensité et le faisceau d'électrons. Pour mesurer le timing relatif, nous utiliserons l'échantillonnage électro-optique (EOS). Le développement et la mise en œuvre de ce diagnostic feront également partie de ce projet de doctorat.

Enfin, le projet de doctorat comprendra l'analyse des données et la modélisation théorique.

L'étude sera menée dans le groupe de Physique des Lasers Intenses avec les Plasmas, les Particules, Et le Rayonnement du LULI, PhLIPPER. Une expérience en laboratoire laser est requise; l'objectif de cette thèse sera un travail expérimental au sein de l’installation laser multi-PW Apollon.

Compétences requises :
-Connaissances générales en optique, vide et électronique
-Notion de mécanique
-Connaissance de la conception assistée par ordinateur (CAO)
-Anglais technique

Savoir-faire :
-Savoir réaliser des montages mécaniques
-Maîtrise de Python
-Rédiger des rapports ou des documents techniques
-Appliquer et faire respecter les règles d'hygiène et de sécurité

Savoir-être :
-Travailler en équipe
-Rigueur
-Ponctualité
-Transmettre ses connaissances
-Savoir prendre des initiatives

Contexte de travail

Le Centre National de la Recherche Scientifique (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. Cela lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.
Le CNRS est réparti en 17 délégation, dont la délégation régionale CNRS Ile-de-France Gif-Sur-Yvette. Rattaché à cette délégation, le Laboratoire pour l’Utilisation des Lasers Intenses (LULI) est une unité mixte de recherche (UMR 7605) composé de 4 tutelles (CNRS – Ecole Polytechnique – CEA et la Sorbonne Université). Le LULI est implanté sur le campus de l’Ecole Polytechnique, mais est également présent sur le site de l’Orme des Merisiers et à Jussieu.
Le laboratoire LULI compte environ 100 agents (environ 65 ingénieurs/techniciens et 35 chercheurs). Le LULI est un centre de recherche académique en physique des plasmas chauds, des atomes aux étoiles, un centre de formation en optique, lasers & plasmas et un Instrument de Recherche national et européen.
Le doctorant recruté prendra position dans l’équipe PhLIPPER, constitué de 6 personnes (chercheurs, post-doc et doctorants). Le lieu principal d’affectation sera situé sur le site de l’Ecole Polytechnique à Palaiseau.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente.

Contraintes et risques

Des déplacements dans le cadre de mission sont à prévoir.
Risque laser.