Thèse en Physique des Accélérateurs : Développement d’un calorimètre rapide pour la polarimétrie en temps réel des faisceaux d’électrons à SuperKEKB (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

SuperKEKB est le collisionneur e+e- le plus performant à l’heure actuelle. En effet, il a atteint un record mondial de luminosité, délivrée à l’expérience de physique des particules Belle II. Cette expérience étudie notamment avec précision les désintégrations de mésons B et D, mais aussi la production et les désintégrations de leptons tau. Ces derniers sont produits en quantité telle que des études de précision peuvent être réalisées à Belle II. À ce jour, les faisceaux qui collisionnent ne sont pas polarisés. Cette limitation pourra être surpassée à l’horizon 2030, lors d’un upgrade du collisionneur pour stocker des électrons polarisés. Ainsi, les données qui seront collectées par Belle II pourront être exploitées pour réaliser des mesures de précisions de grandeurs électrofaibles telles que l’angle de mélange électrofaible, ou des mesures de moment anormal magnétique du tau [1].

Pour mener à bien cette ambitieuse amélioration de l’accélérateur, il est nécessaire de (i) modifier la source d’électrons de l’accélérateur, de telle sorte qu’elle produise des faisceaux d’électrons polarisés ; (ii) s’assurer du bon transport de ceux-ci jusqu’à l’anneau de collisions de SuperKEKB et de la conservation d’un niveau de polarisation suffisant ; (iii) d’être en mesure de manipuler l’orientation du spin des électrons dans le collisionneur ; (iv) d’avoir un diagnostic en temps réel de la polarisation dans l’accélérateur. Ce dernier aspect est au cœur de la contribution de l’IJCLab à ce projet et de l’ANR COMPO. Ce diagnostic consiste en un polarimètre de Compton. Des photons issus d’un laser sont rétrodiffusés sur les électrons de l’accélérateur. L’énergie de ces photons diffusés est alors mesurée et permet d’extraire une information précise sur le degré de polarisation longitudinale du faisceau d’électrons. Des études préliminaires ont été menées ; elles ont permis de conclure à la faisabilité du projet [2].

Le/la doctorant(e) aura a cœur de développer et tester un calorimètre pour la mesure suffisamment précise de l’énergie des photons diffusés par l’interaction Compton, mentionnée ci-dessus. Ce détecteur doit être (i) rapide car on souhaite distinguer les photons diffusés par deux paquets d’électrons séparés de 4 ns ; (ii) tolérant aux radiations, car sera sujet à une dose intégrée importante elle-même liée au signal de photon que l’on souhaite mesurer ; (iii) avec une acquisition fonctionnant de manière synchrone de l’accélérateur pour identifier les paquets et permettant une analyse rapide de la polarisation pour, à terme, transmettre cette information en temps réel en salle de contrôle.

Lors de ce travail, un prototype de détecteur comprenant scintillateur, photomultiplicateur et électronique d’acquisition sera développé avec le support de quelques ingénieurs et scientifiques des pôles d’ingénierie et d’accélérateur. Cela consistera en de nombreux développements expérimentaux en salle de test qui seront complétés par des simulations sur GEANT4 qui serviront ensuite à l’estimation des performances du polarimètre qui sera implémenté sur SuperKEKB. La personne recrutée aura la charge de ces développements expérimentaux conjointement avec une personne recrutée sur contrat doctoral. Le CDD chercheuse/chercheur focalisera particulièrement son attention sur le développement de la chaîne d’acquisition électronique (DAQ) et contribuera à l’ensemble des développements expérimentaux. Elle/Il aura aussi l’opportunité de contribuer aux prises de données qui auront lieu en 2026 et 2027 à KEK et à leur analyse. Celles-ci ont pour objectif de démontrer que les faisceaux polarisés peuvent être préservés sur un temps suffisamment long dans l’anneau de collisions de SuperKEKB. Des réunions hebdomadaires (ou plus fréquentes, si nécessaire) seront organisées pour le suivi et la résolution des difficultés rencontrées.

Références :
[1] A. Accardi et al., arXiv:2205.12847
[2] D. Charlet et al. 2023 JINST 18 P10014

Votre Environnement 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 du support travaillent aux côtés des scientifiques et ingénieurs.

Le/la chercheuse/chercheur travaillera dans le groupe ILE (4 enseignants chercheurs, 3 chercheurs CNRS, 2 doctorants) 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 de systèmes pour un diagnostic précis de la polarisation des faisceaux d’électrons. Le travail proposé ici s’insérera ainsi pleinement dans les objectifs scientifiques du groupe.

Contraintes et risques

Des réunions et tests de validation sont envisagés à KEK, Tsukuba, au Japon sur des durées d’une à six semaines (en fonction des besoins). Des contributions (posters, présentations orales) en conférences sont à prévoir en fonction des résultats obtenus. L’utilisation de sources radioactives et des tests sur accélérateurs sont prévus. La personne recrutée sera donc soumise au risque radiologique.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

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