Thèse dans l’expérience JUNO (H/F)

 
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WorkplaceNantes, Poitou-Charentes, France
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Centre National de la Recherche Scientifique

Thèse dans l’expérience JUNO (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mardi 25 mai 2021

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Informations générales

Référence : UMR6457-FREYER-001
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : mardi 4 mai 2021
Nom du responsable scientifique : Frederic Yermia
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 ¤ brut mensuel

Description du sujet de thèse

Mesure de précision des paramètres solaires de mélange de neutrinos avec le système des sPMTs de JUNO et test de l’unitarité de la matrice PMNS.

L’étude du phénomène d’oscillations des neutrinos permet l’exploration du mélange de saveurs leptoniques dans le cadre du modèle standard (MS) de la physique des particules. La phénoménologie de ces oscillations est décrite par un mélange de trois saveurs (e, mu, tau) avec la matrice PMNS (Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata). Le MS ne permet pas de prédire les paramètres de ce mélange qui doivent donc être mesurés expérimentalement. Cela a commencé avec les expériences SuperKamiokande et SNO récompensées par le prix Nobel de physique en 2015. Aujourd’hui pratiquement tous les résultats expérimentaux (malgré la persistance de certaines anomalies) s’inscrivent dans ce paradigme à trois saveurs et les paramètres sont de mieux en mieux connus même si la hiérarchie de masse (quel est le neutrino le plus léger) et la phase de violation CP (le mélange est-il le même pour les neutrinos et les anti-neutrinos) restent encore à déterminer. L’expérience JUNO va permettre d’atteindre une précision jamais atteinte et de placer sous le pourcent la mesure des paramètres dit solaires du mélange des neutrinos. Ces mesures de très grande précision vont ainsi permettre de tester l’unitarité de la matrice PMNS [1]. Toute déviation pourrait signer l’existence de nouvelle physique au-delà du MS.

L’observatoire souterrain de neutrinos de Jiangmen (JUNO), en construction en Chine, est une expérience de neutrino polyvalente visant à déterminer la hiérarchie des masses des neutrinos et à mesurer avec précision certains paramètres de la matrice PMNS. Pour assurer un contrôle précis des incertitudes systématiques du détecteur, un système de de double calorimétrie a été adopté. L’interaction des neutrinos dans la cible du détecteur (20 kilo-tonnes de scintillateur liquide) est ainsi enregistrée par deux systèmes complémentaires de PMTs, l’un composé de grands PMTs (lPMTs) de 20 pouces et l’autre de petits PMTs (sPMTs) de 3 pouces. Le premier assure une grande couverture optique de la cible et offre ainsi une excellente résolution en énergie alors que le second assure un comptage de photons et offre une excellente résolution temporelle. Une nouvelle méthodologie appelée la double calorimétrie a été conçue, utilisant une comparaison relative entre les systèmes LPMT et SPMT afin d’atteindre une non-linéarité sur l’énergie inférieure à 1% et une résolution d’énergie de 3% requise pour la détermination de l’ordre des masses des neutrinos avec JUNO.

Le sujet de thèse proposé au sein du groupe de Subatech portera sur la mesure de précision des paramètres d’oscillation solaires avec le système des sPMTs et l’étude de la principale relation d’unitarité qui leur est liée [2]. Un travail sur la reconstruction avec le système sPMTs et sur les erreurs systématiques grâce à la double calorimétrie sera également une contribution importante afin de répondre aux objectifs scientifiques d’une mesure de précision avec JUNO. Les faibles effets de matière mais non négligeables avec JUNO devront également être pris en compte dans cette étude. D’autre part, Les différentes mesures des paramètres de mélange devraient apporter une première contrainte sur la première relation d’unitarité ( 2 = 1) de la matrice PMNS [2]. Le/la doctorant(e) devrait pouvoir compléter ses résultats avec des études de sensibilité à partir des mesures attendues.
La prise de données étant prévue pour 2023, après des premières études sur simulations GEANT4 les analyses pourront s’effectuer sur les très récentes données acquises par la collaboration JUNO. Un développement utilisant du Deep learning sera également effectué pour toutes ces analyses.

[1] Unitarity Tests of the Neutrino Mixing Matrix, Qian X. et al.. Preprint at arXiv:1308.5700 [2] Framework for testing leptonic unitarity by neutrino oscillation experiments - Fong, Chee Sheng et al. JHEP 1702 (2017) 114 arXiv:1609.08623 [hep-ph] YACHAY-PUB-16-02-PN

Contexte de travail

Le/la doctorant-e sera affecté-e au Laboratoire Subatech à Nantes dans l’équipe Neutrinos. Cette dernière possède une expertise reconnue dans le domaine de la physique des neutrinos. Le groupe participe à des expériences à courte et moyenne distance auprès des réacteurs nucléaires (SoLid, Double Chooz, JUNO), à une expérience de détection des neutrinos astrophysiques ou atmosphériques (KM3Net) et a des activités de recherche et développement pour de futurs détecteurs de neutrinos (Liquido).

Informations complémentaires

Le/la candidat-e devra être titulaire d’un master en physique des particules, nucléaire ou astroparticule.

Les connaissances requises :
  • connaissances générales en physique des particules et nucléaire
  • bon niveau de connaissances en programmation
  • connaissances approfondies en physique expérimentale.

    Les savoir-faire attendus :
  • Programmer en C++ et avec ROOT
  • Utilisation du code de transport Geant4
  • savoir travailler en équipe sur un projet d’envergure et à l’international
  • capacité à communiquer et valoriser les travaux (présentation de travaux, participation à des congrès, participation à la rédaction d’articles, ...)
  • maîtrise de l’anglais (écrit/parlé)
In your application, please refer to myScience.fr and reference JobID 25986.