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Doctorat en physique des particules sur l'expérience CMS (H/F)

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Informations générales

Référence : UMR7638-JEASAU-001
Lieu de travail : PALAISEAU
Date de publication : vendredi 11 janvier 2019
Nom du responsable scientifique : Jean-Baptiste Sauvan
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 1 768,55 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

La diffusion de bosons vecteurs (VBS) est un processus clé pour sonder la structure de jauge non Abélienne de l'interaction électrofaible. En l'absence d'autres contributions, l'amplitude de diffusion des bosons de jauge polarisés longitudinalement violerait l'unitarité aux alentours de l'échelle du TeV. La restauration de l'unitarité dans le modèle standard (SM) se fait par l'interférence des amplitudes VBS et de celles impliquant le boson de Higgs. Si le SM est une description partielle des interactions et sa complétion a lieu à plus haute énergie, la section efficace des processus VBS pourrait être accrue substantiellement entre la masse du boson de Higgs et l'échelle à laquelle la nouvelle physique apparaît, même dans un scénario où cette échelle n'est pas directement accessible au LHC.

A la fin de l'année 2018, CMS a enregistré environ 150 fb-1 de collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Le LHC redémarrera en 2021 pour une période de trois ans et délivrera environ 300 fb-1. La phase de haute luminosité du LHC (HL-LHC) démarrera en 2026 avec une luminosité intégrée cible de 3000 fb-1. Pour le HL-LHC, la collaboration CMS a décidé de remplacer les calorimètres bouchons par un nouveau type de détecteur résistant aux radiations et ultra granulaire (appelé HGCAL). Expérimentalement, les événements VBS s'étendent jusqu'à de grands angles en rapidité et mettent en jeu l'entièreté du détecteur, y compris la région à l'avant. La région couverte par le HGCAL jouera donc un rôle crucial dans les mesures VBS au HL-LHC. En particulier, de bonnes performances du système de déclenchement de niveau (L1) dans cette région sera d'une importance capitale.

Les objectifs de cette thèse seront double. Un objectif consistera à utiliser les données enregistrées par CMS pendant le Run 2 et la première partie du Run 3 pour mesurer les fractions de polarisation dans les événements VBS WZ et ZZ. Bien que l'emphase sera mise sur les états finaux purement leptoniques, le canal semi-leptonique avec l'un des bosons vecteurs se désintégrant en paires de quarks pourra aussi être considéré.

L'autre objectif consistera à développer des méthodes de machine learning pour la reconstruction et l'identification des particules dans HGCAL au niveau du déclenchement L1. En particulier, l'implémentation et l'étude des performances de réseaux de neurones profonds (p. ex. des réseaux de convolution) sur des FPGAs (Field-programmable gate array) seront effectués. L'impact de ces développements sur les résultats de physique sera évalué à partir de l'analyse VBS VZ au HL-LHC.

Contexte de travail

Cette thèse sera conduite au LLR dans le groupe CMS avec des déplacements fréquents au CERN.
Le groupe CMS au LLR est l'un des membres fondateurs de la collaboration CMS. Il a conçu, construit et est responsable de l'opération du système de déclenchement de niveau 1 (L1) du calorimètre électromagnétique (ECAL). Il a aussi conçu la structure mécanique du calorimètre et contribué à son électronique frontale. Il a une implication majeure dans la reconstruction et l'identification des électrons, photons et leptons tau, et a contribué au développement de la reconstruction par Flux de Particules (Particle Flow). Il compte parmi les protagonistes majeurs, au sein de la collaboration CMS, en physique électrofaible (di-bosons, couplages trilinéaires, etc.), en physique des ions lourds et en physique du Higgs.

Le groupe est aussi fortement impliqué dans le développement du futur calorimètre bouchon ultra-granulaire de CMS (HGCAL) pour la Phase 2 du LHC, en particulier sur sa conception mécanique, sur la génération des primitives de déclenchement L1 et sur le développement des algorithmes de reconstruction hors-ligne. Le groupe participe de plus aux tests en faisceau des prototypes de détecteur.

Contraintes et risques

De fréquents déplacements au CERN (en Suisse) seront nécessaires

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