Description du sujet de thèse

Le Futur Collisionneur Circulaire de faisceaux de positrons et électrons est une usine à Higgs prévue au CERN. Celle-ci produira également une copieuse quantité de bosons électrofaibles. En particulier la réussite du programme de mesures électrofaibles au pôle du boson Z requiert un excellent contrôle de l’énergie des faisceaux avec une précision relative de 10-6. Cela sera réalisé avec la procédure de dépolarisation résonante, qui consiste à exploiter l’existence de résonances dépolarisantes à des valeurs d’énergies spécifiques liées à la dynamique de spin dans un accélérateur circulaire. Des paquets d’électrons et positrons polarisés seront spécifiquement utilisés à cette fin. Ceux-ci seront scannés à la recherche de ces résonances et leur polarisation sera mesurée dans le même temps pour trouver ces points spécifiques où la polarisation du faisceau est fortement dégradée. Des mesures régulières seront ainsi réalisées de sorte à suivre les fluctuations de l’énergie des faisceaux, par exemple induites par les forces de marées. A cette fin, il sera nécessaire d’intégrer des polarimètres, utilisant le processus Compton, pour chaque faisceau. Le groupe ILE du pole Accélérateurs est impliqué dans leur conception et y joue un rôle majeur. Un concept préliminaire a été présenté et semble permettre une mesure de la polarisation avec une précision de l’ordre du pour-mille ou meilleure, ce qui devrait être suffisant pour atteindre la précision ciblée sur la mesure en énergie des faisceaux. Il a également été démontré que les polarimètres Compton, peuvent être directement utilisés pour mesure la polarisation longitudinale résiduelle des faisceaux à une précision similaire, incertitude qui contribue à l’incertitude systématique sur les mesures d’asymétries électrofaibles. De plus ils peuvent être utilisés pour mesurer directement l’énergie des faisceaux avec une précision de l’ordre de 10-4 par la mesure de la position des particules diffusées par l’interaction Compton. Cela fournira une information complémentaire avec la technique de dépolarisation résonante, et sera en particulier intéressant aux plus grandes énergies de faisceaux pour lesquelles la technique de dépolarisation résonante ne peut pas être appliquée. Des études précises des incertitudes systématiques sont nécessaires pour établir la performance du détecteur. Dans le même temps la conception du détecteur doit être affinée et des simulations détaillées exploitant GEANT4 doivent être réalisées. Cette activité de simulations sera complétée par des développements expérimentaux ayant pour objectif de contrôler avec une extrême précision la polarisation de la lumière elle-même à une précision meilleure que le pour-mille. En effet, il s’agit d’une incertitude systématique limitante pour les mesures de polarimétrie Compton de précision. Ces travaux consisteront à développer un banc de test optique et de démontrer la faisabilité d’un diagnostic en temps réel de la polarisation de la lumière. L’ensemble de ces travaux se fera en lien avec les collègues du CERN. Les résultats obtenus seront présentés régulièrement lors des réunions du groupe EPOL de FCC-ee.

Références :
N.Yu. Muchnoi 2022 JINST 17 P10014
A. Martens et al 2023 JINST 18
A. Blondel et al. arXiv: 1909:12245

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie est un laboratoire de physique des deux infinis sous tutelle du CNRS, de l'université Paris-Saclay et de l'université de Paris. Les thèmes de recherche du laboratoire sont la physique nucléaire, la physique des hautes énergies, les astroparticules et la cosmologie, la physique théorique, les accélérateurs et les détecteurs de particules ainsi que les recherches et développements techniques et applications associées pour l'énergie, la santé et l'environnement. La structure dispose de capacités techniques très importantes (environ 280 ingénieurs et techniciens) dans tous les grands domaines requis pour concevoir, mettre au point et en œuvre les dispositifs expérimentaux nécessaires à son activité scientifique : mécanique, électronique, informatique, instrumentation, techniques d'accélération et des techniques de la biologie. Ces forces techniques représentent un atout de premier plan pour la conception, le développement et l'utilisation des instruments nécessaires (accélérateurs et détecteurs). La présence des infrastructures de recherche et des plateformes technologiques rassemblées sur le site du laboratoire constitue également un atout majeur. Enfin, environ 90 ITA des services administratifs et support travaillent aux côtés des scientifiques et ingénieurs.
Le doctorant travaillera dans le groupe ILE du pôle de physique des accélérateurs qui développe depuis plus de vingt ans un savoir faire autour de l’interaction Compton pour la production de photons de hautes énergies de plusieurs dizaines de keV pour les applications médicales et d’imagerie, quelques MeV pour la physique nucléaire à plusieurs GeV pour les diagnostics des faisceaux d’électrons pour les collisionneurs pour la physique des particules. Une part importante des activités s’oriente vers la conception systèmes pour un diagnostic précis de la polarisation des faisceaux d’électrons. Le travail proposé ici s’insèrera ainsi pleinement dans les objectifs scientifiques du groupe. Le travail se fera également en lien avec le partenaire principal de ce projet qui est le groupe instrumentation faisceau (BI) du département accélérateurs du CERN.

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 du MESR.

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 du MESR.

Contraintes et risques

Des voyages réguliers au CERN mais aussi dans les centres internationaux au Japon, en Chine aux USA et au Canada sont à prévoir.

Informations complémentaires

La personne qui candidate devra être titulaire d’un master de physique ou d’un diplôme d’école d’ingénieur. Une connaissance de la physique des détecteurs, de la physique des accélérateurs et de la physique des particules est un plus. Une expérience de programmation est également intéressante. Une très bonne connaissance de l’anglais écrit/parlé est nécessaire. Nous cherchons une personne curieuse en mesure de s’attaquer à des questions de physiques variées à l’interface de la physique des particules, des détecteurs et l’optique. Elle devra être intéressée par les développements expérimentaux optiques et également par des études sur simulations. La personne recrutée sera amenée à travailler avec des collaborateurs situés à distance, à traiter de nombreux lots de données simulées et à devoir rendre compte de ses travaux de manière synthétique. Elle devra également être rapidement autonome dans son travail quotidien. Les candidatures devront inclure un CV détaillé sans aucune rupture de date faisant apparaître les diplômes; au moins une référence (personne susceptible d’être contactée) ; une lettre de motivation d’une page ; les notes de Master 1 ou 2 ou d’école d’ingénieur.