| Laboratoire : | Centre de Physique des Particules de Marseille Case 902 |
| 163 avenue de Luminy - 13288 Marseille Cedex 9 | |
| Directeur : | Cristinel Diaconu - 04.91.82.72.01 - diaconu@cppm.in2p3.fr |
| Correspondant : | William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr |
| Groupe d'accueil : | DarkSide |
| Chef de groupe : | Fabrice Hubaut 04.91.82.72.51 - hubaut@cppm.in2p3.fr |
| Directeur de thèse : | Fabrice Hubaut, Pascal Pralavorio - 0491827251 - hubaut@cppm.in2p3.fr, pralavor@cppm.in2p3.fr |
Thématique : Physique des particules
La matière noire est une des grandes énigmes actuelles de la physique fondamentale. En effet, sa contribution à la masse totale de l’Univers est de 85% mais elle ne peut être expliquée dans le cadre du Modèle Standard de la physique des particules (MS). Plusieurs candidats existent pourtant dans les théories au-delà du MS : c’est le cas du WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), un des candidats les mieux motivés car il permet de résoudre le problème de stabilité de la masse du boson de Higgs dans le MS.
Les expériences recherchant directement la matière noire utilisent ainsi le halo de notre galaxie comme source potentielle de WIMPs. Depuis 2010, la technologie de détection la plus performante repose sur la mesure de la lumière de scintillation qui serait émise lors de la diffusion d’un WIMP sur un atome de liquide noble - argon ou xénon. Dans ce cadre, l’expérience DarkSide-20k (DS-20k), qui sera installée à 1,4 km sous terre au laboratoire du Gran Sasso en Italie, est la troisième génération de détecteurs à argon liquide. Elle utilisera une chambre à projection temporelle cylindrique de 3,5 m de diamètre et de 3,5 m de hauteur remplie de 50 tonnes d’argon purifié et lue par 200 000 photomultiplicateurs au Silicium. Cela lui permettra d’avoir l’un des meilleurs potentiels de découverte des WIMPs au niveau mondial après quelques années de prise de données. La phase actuelle est consacrée à la construction du détecteur, commencée il y a un an. La prise de données est programmée pour 2027. L’augmentation du volume d’argon liquide par rapport aux expériences de première et deuxième génération permettra à DS-20k d’avoir la meilleure sensibilité de tous les détecteurs à argon liquide après seulement un mois de données.
Le sujet de cette thèse, financée par l’Agence Nationale de la Recherche entre octobre 2024 et septembre 2027, est de préparer et de participer aux analyses des premières données, pour lesquelles le CPPM a calculé la sensibilité aux WIMPs de basse masse (<10 GeV) et de haute masse (>100 GeV). L’étudiant(e) participera d’abord à la simulation et à l’installation du système de calibration, conçu et validé au CPPM. En parallèle, l’étudiant(e) améliorera les algorithmes de reconstruction des données en utilisant des techniques basées sur l’intelligence artificielle (e.g. réseaux de neurones), afin d’optimiser la séparation du signal et du bruit de fond. Enfin, il (elle) participera à l’analyse des données de calibration prises auprès de DS-20k et aux premières analyses de physique. Ces activités apportent une formation complète en physique des particules, incluant les aspects instrumentaux, software et analyse de données.
Dans ce cadre l’étudiant sera amené à effectuer des séjours réguliers au Gran Sasso, notamment pour installer le système de calibration.
Plus de détails sur le groupe Matière Noire du CPPM : https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/physique_particules/#Mati%C3%A8re%20Noire