Description du sujet de thèse

Les cavités supraconductrices radiofréquence sont au cœur des futurs projets d'accélérateurs post-LHC. Pour les machines à courant élevé destinées aux collisions à haute luminosité, à savoir FCCee au CERN et PERLE à l'IJCLab, un facteur de qualité (Q) extrêmement élevé est crucial pour minimiser la dissipation de puissance cryogénique et ainsi économiser l'hélium liquide et la consommation d'électricité. L'IJCLab pilote le développement de cavités à Q élevé de pointe dans le cadre de la collaboration internationale pour des projets d'accélérateurs durables du futur (iSAS).
En 2024, il a été démontré qu'un four à vide propre à l'IJCLab pouvait réaliser un traitement thermique avancé d'une cavité prototype, appelé cuisson à mi-T. Les résultats obtenus reproduisent ceux d'autres laboratoires étrangers (FNAL, JLAB, KEK, iHEP, DESY). L'IJCLab modifie actuellement son banc d'essai de cavités afin de pouvoir mesurer de nouvelles cavités en cours de fabrication. Pour les travaux théoriques, l'IJCLab a établi une collaboration avec l'ANL, le JLAB, l'INFN et le KEK afin de développer des modèles non linéaires hors d'équilibre pour expliquer le comportement des cavités à Q élevé sous des champs RF intenses. Il s'agit d'un problème fondamental persistant de la supraconductivité et d'un défi majeur en physique statistique quantique.
Le candidat retenu travaillera sur les mesures et l'analyse des données de prototypes de cavités à Q élevé pour la FCC au sein d'IJCLab, ainsi que de cavités générales. La tâche comprend la préparation des tests de cavités, les opérations cryogéniques, les mesures RF et l'analyse des données. En utilisant ces données, il participera à la modélisation théorique des cavités à Q élevé. En particulier, la dépendance en fréquence de la pente dite anti-Q sera comparée aux nouvelles théories proposées. De plus, l'étudiant comparera systématiquement les données expérimentales de différents laboratoires. Il pourra participer ponctuellement à des expériences dans d'autres laboratoires, tels que le CERN, le KEK, le JLAB, l'INFN, la FNAL, etc., et présenter des exposés lors d'ateliers internationaux (cf. TTC biannuel) et de conférences (cf. SRF2027 à Padoue). Certaines des cavités testées avec succès seront installées dans le cryomodule iSAS du nouvel accélérateur linéaire à récupération d'énergie (ERL) PERLE au sein d'IJCLab. Ainsi, ce projet offre un large éventail d'expériences à cet étudiant : compréhension fondamentale de la supraconductivité, développement de cavités de pointe, collaborations internationales et contributions à un projet d'accélérateur sérieux en France.

[1] D. C. Mattis et al., Phys Rev . 111, 412 (1958)
[2] A. Gurevich, Phys. Rev . Lett. 113, 087001 (2014)
[3] M. Martinello, et al, Phys. Rev . Lett. 121 22 224801 (2018)
[4] T. Kubo, Phys. Rev . Applied 22, 044042 (2024)
[5] G. M. Eliashberg, Zh. Eksp. Teor. Fiz. Pis'ma Red. 11, 186 (1970)
[6] J. J. Chang et al, Phys. Rev . B 15, 2651 (1977)
[7] S. B. Kaplan, J. Low Temp. Phys. 37 3 343-365 (1979)
[8] T. Guruswamy , et al, Supercond. Sci. Tech. 28 5 054002 (2015)
[9] A. Miyazaki, et al, Phys. Rev . Accel. Beams 22 7 073101 (2019)
[10] A. Miyazaki, et al., EPJ Web of Conferences 315, 02014 (2024)

Contexte de travail

Le Laboratoire de physique Irène Joliot-Curie des 2 infinités (IJCLab) est une UMR sous la supervision du CNRS (IN2P3), l’Université de Paris-Saclay et l’Université de Paris sont situées sur le campus de l’Université de Paris-Saclay à Orsay. Le laboratoire est situé sur le campus de l’Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay à Orsay. Le campus est situé à 20 km au sud de Paris et facilement accessible par RER en 35 minutes.

IJCLab est né en 2020 de la fusion de cinq unités (CSNSM, IMNC, IPN, LAL, LPT). Le personnel est composé de près de 560 permanents (340 ingénieurs, techniciens et administrateurs et 220 chercheurs et enseignants-chercheurs) et d’environ 200 non permanents dont 120 doctorants. Les thèmes de recherche du laboratoire sont la physique nucléaire, la physique des hautes énergies, la physique théorique, les astroparticules, l’astrophysique et la cosmologie, les accélérateurs de particules, l’énergie et l’environnement et la santé. IJCLab dispose de capacités techniques très importantes (environ 280 TI) dans tous les grands domaines requis pour concevoir, développer/mettre en œuvre les dispositifs expérimentaux nécessaires à son activité scientifique, ainsi que la conception, le développement et l’utilisation des instruments.

Le doctorant travaillera dans le groupe accélérateur du laboratoire, qui participe au développement de plusieurs projets de cavités accélératrices supraconductrices, tels que Spiral2, ESS, MYRRHA, PIPII et plus récemment PERLE, FCC et ILC.
Le groupe comprend environ 90 physiciens et ingénieurs (chercheurs permanents, post-docs et doctorants).
Ce projet est une collaboration internationale avec l’Université de Chicago et des laboratoires nationaux dans la région de Chicago. La collaboration s’étend plus globalement, incluant le CEA, le CERN, le DESY, l’INFN, la KEK, l’IHEP, le FNAL, le JLAB, etc., afin d’effectuer une analyse systématique des données prises dans chaque laboratoire et des modèles développés et mis en œuvre par des collaborateurs externes.

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

Contraintes et particularités du poste, déplacements possibles
Le candidat retenu doit être inscrit dans un programme de doctorat de l’école doctorale PHENICS. Un voyage à l’Université de Chicago (FNAL + ANL) aux États-Unis, au CERN en Suisse et à la KEK au Japon est à prévoir. Selon l’avancement de la recherche, des déplacements vers d’autres institutions et la participation à leurs expériences peuvent être envisagés.