L'étude de la production de paires de bosons de Higgs suscite un intérêt croissant dans la communauté de la physique des particules, en particulier en vue de la phase de haute luminosité du LHC. En plus de l'auto-couplage du Higgs, le couplage VVHH est également un paramètre important pour améliorer notre compréhension de la brisure de symétrie électrofaible, que l'on peut explorer par la recherche d'événements di-Higgs dans le mode de production par fusion de bosons vecteurs (VBF).

Le détecteur ATLAS est idéalement conçu pour de telles études, avec une conception optimisée pour reconstruire et identifier la plupart des produits de désintégration des particules du Modèle Standard produites dans des processus physiques rares impliquant des bosons de Higgs, tels que les modes de production di-Higgs. Cette thèse comprendra un travail d'optimisation des algorithmes utilisés pour identifier les jets produits lors de l'hadronisation des quarks b dans le cadre de la mise à niveau du détecteur ATLAS prévue pour la phase de haute luminosité du LHC. Ces algorithmes jouent un rôle majeur dans tous les états finaux impliquant des quarks b, produits dans la désintégration du quark top et du boson de Higgs par exemple.

De fortes contraintes sur le couplage VVHH peuvent déjà être atteintes avec le jeu de données de la Run 3 du LHC, notamment en combinant les régions de faible et de haute masse m(HH). Les analyses correspondantes font l'objet d'un effort de recherche collaboratif impliquant plusieurs laboratoires français membres de la collaboration ATLAS au CERN. Le poste de doctorat viendrait compléter cet effort de recherche, avec un accent particulier sur l'analyse de l'état final boosté bbtautau, en bénéficiant de la forte expertise du groupe ATLAS au CPPM en identification de quarks b, en identification d'objets boostés et en études di-Higgs [1-2].

Les candidatures doivent inclure un CV, une lettre de motivation, les relevés de notes de la licence au master et les contacts de deux personnes de référence prêtes à fournir des lettres de recommandation.

[1] ATLAS flavour-tagging algorithms for the LHC Run 2 pp collision dataset https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/FTAG-2019-07/

[2] Combination of searches for Higgs boson pair production in collisions at sqrt(s)=13 TeV with the ATLAS detector

https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HDBS-2021-18/

Le groupe ATLAS du CPPM joue un rôle de premier plan dans la recherche de nouvelle physique auprès du Large Hadron Collider (LHC). Le groupe est fortement impliqué dans la recherche de la production de paires de bosons de Higgs, une signature cruciale pour mieux comprendre le mécanisme de brisure de symétrie électrofaible. La découverte du boson de Higgs en 2012 au LHC a marqué une étape majeure dans notre compréhension de la physique des particules, mais de nombreuses questions restent sans réponse.

La recherche d'une nouvelle particule se désintégrant en une nouvelle particule scalaire accompagnée d'un boson de Higgs donne des états finaux semblables à ceux attendus pour la production d'une paire de boson de Higgs et fait naturellement partie de cet effort. La production associé Z H peut aussi donner des états finaux similaires et constitue un bruit de fond irréductible aux deux recherches mentionnées plus haut. Dans ce contexte, l'amélioration de l'identification des photons au sein du calorimètre à argon liquide d'ATLAS est essentielle.

Le candidat aura l'opportunité de contribuer à ces efforts en travaillant sur les données réelles collectées lors du Run 3 du LHC. Cette expérience lui permettra d'acquérir une expertise solide dans l'analyse de données expérimentales et de développer une compréhension approfondie du fonctionnement des calorimètres.

Fort de cette expérience, le candidat s'intéressera ensuite à la recherche de nouvelles particules auprès du futur collisionneur circulaire (FCC). Le FCC est un collisionneur électron-positron en projet. D'une circonférence de 91 km, il serait situé 200 mètres sous la frontière franco-suisse près de Genève. Son démarrage, espéré en 2045, offrirait des opportunités uniques pour rechercher les signes de nouveaux phénomènes, même lors de la première période d'exploitation, prévue à l'énergie du pole du Z, à une énergie totale de 91 GeV. En effet, grâce à sa luminosité inédite de 2 10^36 cm^-2 s^-1 à cette énergie, les quatre expériences prévues enregistreront un total de 5 10^12 désintégrations du Z, ouvrant ainsi la voie à la recherche de ses désintégrations les plus rares.

L'une des pistes les plus prometteuses est la recherche des ALP (Axion Like Particles) [1] dans les désintégrations du Z [2][3]. Les ALP, prédits par de nombreuses théories au-delà du Modèle Standard, sont des candidats pour constituer la matière noire ou être des médiateurs d'interaction entre un secteur dit sombre et les particules connues. Au FCC, la production associée d'ALP avec des photons ou des bosons de jauge, suivie de leur désintégration en deux photons ou deux fermions chargés, constitue une signature prometteuse pour leur découverte et similaire à la signature de paires de bosons de Higgs dans lequel le groupe ATLAS du CPPM est expert.

Le coeur d'analyse de cette thèse portera sur l'évaluation de la sensibilité du détecteur concept ALLEGRO à la production d'ALP. En utilisant des simulations Monte Carlo détaillées, le candidat étudiera les différentes signatures expérimentales des ALP et développera des stratégies d'analyse optimisées pour maximiser la sensibilité de l'expérience. Grâce à la finesse de la granularité du calorimètre à argon liquide prévu pour ALLEGRO, une attention particulière sera portée à la reconstruction des vertex déplacés des désintégrations des ALP de faible masse, une région de l'espace des paramètres particulièrement intéressante pour explorer de nouveaux scénarios de physique au-delà du Modèle Standard.

Les candidatures doivent inclure un CV, une lettre de motivation, les relevés de notes de la licence au master et les contacts de deux personnes de référence prêtes à fournir des lettres de recommandation.

[1]https://arxiv.org/pdf/1407.0546

[2]https://arxiv.org/abs/1808.10323

https://arxiv.org/pdf/2303.16514

[3]https://indico.in2p3.fr/event/32629/contributions/142596attachments/87575/132189/fcc_alp_ecfa.pdf

Decays of heavy-quark hadrons allow to perform indirect searches for effects beyond the Standard Model, by comparing the measured decay properties to their Standard Model predictions. Although our world is made of baryons, most such studies in heavy-flavour physics to date are performed with mesons, and our knowledge of heavy-quark baryon properties remains very limited.

In particular, the hierarchy of charm-baryon lifetimes is not well understood theoretically. In fact, for some of the charm baryons, very little is known about their decay rates: many decays have not been observed yet, and the absolute decay rates have never been measured. This is a significant limitation for any searches for physics beyond the Standard Model involving charm-baryon decays, or beauty baryons decays into charm baryons.

The Belle II detector at KEK (Japan) is aimed at precision measurements of properties of beauty and charm hadrons, as well as tau leptons (https://inspirehep.net/literature/1692393). The Belle II collaboration consists of more than 1000 scientists and is taking data since 2019. The key feature of the Belle II detector is the nearly 4pi angular acceptance, which allows to perform the full reconstruction of the visible collision products and calculation of the missing energy. Combined with conservation laws in e+e-->ccbar process (baryon number, electric charge, quark flavours), this allows to fully reconstruct only one charm hadron and deduce the properties of the other one.

This makes Belle II the only current experiment that can collect inclusive samples of charm baryons, regardless of their decay mode, and this way measure the absolute rates of specific decays (https://inspirehep.net/literature/1275621).

This PhD project will focus on applying this technique to measure the absolute decay rates of baryons that contain both charm and strange quarks, where the current knowledge is very limited.

Activities:

Data analysis using Machine Learning techniques, participation to data taking, participation to Belle II service tasks, activities of outreach and dissemination.

Work context:

This PhD will take place at CPPM, Marseille (https://www.cppm.in2p3.fr/web/en/index.html). Travels to KEK for collaboration meetings, and longer stay for participation to the data taking, are foreseen.

Additional information:

Applicants must hold a Master degree (or equivalent) in Physics, or expect to hold such a degree by the start of employment. Application must include a CV, grade records, a motivation statement and three letters of recommendations.

Prior knowledge of ROOT, C++ or python, is an advantage, but not mandatory.

This thesis is expected to start in October 2025 (if funding is obtained).

Objet :

Étant interdites dans le Modèle Standard (SM) de la physique des particules, les désintégrations violant la saveur leptonique sont parmi les sondes les plus puissantes pour rechercher une physique au-delà du SM. Compte tenu des anomalies récentes observées par LHCb sur les tests de l'universalité de la saveur leptonique dans les processus $b \rightarrow s l l$ et $b \rightarrow c l \nu$ , l'intérêt pour les désintégrations violant la saveur leptonique impliquant des leptons tau dans l'état final a été grandement renforcé. En particulier, plusieurs modèles de nouvelle physique prédisent des fractions d'embranchement des désintégrations $B \rightarrow \tau l K^*$ and $B \rightarrow \rho \tau l$ juste en dessous des limites expérimentales actuelles. Cela vaut également pour le processus FCNC $B \rightarrow \tau \tau$ .

L'expérience Belle II, située au KEK, Japon, a commencé à collecter des données en 2019, avec pour objectif de rassembler beaucoup plus de données que son prédécesseur, Belle. L'objectif de cette thèse est d'exploiter les données de Belle II afin d'obtenir les meilleures limites expérimentales sur les désintégrations violant la saveur leptonique telles que $B \rightarrow \tau l X$ , où X est un système hadronique et ll un électron ou un muon, ainsi que sur les transitions $b \rightarrow d \tau \tau$ , comme $B \rightarrow \tau \tau$ . En particulier, nous aimerions explorer de nouvelles méthodes de tagging des B dans Belle II.

Activités :

Analyse de données utilisant des techniques d'apprentissage automatique (Machine Learning),

Participation à la prise de données,

Contribution aux tâches de service pour Belle II,

Activités de vulgarisation et de dissémination.

Contexte de travail :

Cette thèse se déroulera au CPPM, Marseille (https://www.cppm.in2p3.fr/web/en/index.html). Des déplacements au KEK pour des réunions de collaboration ainsi que des séjours prolongés pour participer à la prise de données sont prévus.

Informations complémentaires :

Les candidats doivent être titulaires d'un Master en physique (ou équivalent) ou prévoir de l'obtenir avant le début de l'emploi. La candidature doit inclure un CV, les relevés de notes, une lettre de motivation et trois lettres de recommandation.

Références :

https://arxiv.org/abs/1808.10567

https://arxiv.org/abs/1703.02508

https://arxiv.org/abs/hep-ex/0511015

The CTA (Cherenkov Telescope Array) is a worldwide project to construct the next generation ground based very high energy gamma ray instrument [1]-[2]. CTA will use tens of Imaging Air Cherenkov Telescopes (IACT) of three different sizes (mirror diameter of 4 m, 12 m and 23 m) deployed on two sites, one on each hemisphere (La Palma in the Canary Islands and Paranal in Chile). The observatory will detect gamma-rays with energy ranging from 20 GeV up to 300 TeV by imaging the Cherenkov light emitted from the charged particle shower produced by the interaction of the primary gamma ray in the upper atmosphere.

The unconventional capabilities of CTA will address, among others, the intriguing question of the origin of the very high energy galactic cosmic rays by the search for galactic sources capable of accelerating cosmic rays up to the PeV energies, called PeVatrons. The last few years have been extremely exciting for the PeVatron search since the large field of view detector LHAASO has detected several ultra high energy gamma-ray sources (E??>100 TeV) proving that PeVatrons exist in our Galaxy [3]-[4]. Nevertheless the nature of these sources is still unknown and CTA, thanks to its excellent angular and energy resolution, will be able to precisely study these PeVatrons and to disclose their hadronic or leptonic nature.

The construction of the CTA observatory has started and a first Large-Sized Telescope (LST-1) is already installed and taking data in La Palma. Three more LST telescopes and one Medium-Sized Telescope (MST) will be installed in the next 1-2 years. The camera of the first MST telescope on La Palma (NectarCAM) is fully equipped and should be installed on the structure in 2025.

The PhD project will be divided in two parts. A first part will be devoted to the preparation of the commissioning of NectarCAM and science verification measurements of the Crab nebula which is the standard calibration source for very high energy gamma-ray observations. To this end the candidate will perform the full simulation of the observation that consists in particle shower and telescope Monte Carlo simulations. A detailed simulation of the camera has been developed in the past and will have to be adapted comparing the simulation results to real data taken in the laboratory and on-sky. For the data analysis of both simulation and on sky data the official dataPipe pipeline of the CTA Observatory will be used. The main goal of this part will be to predict the expected performance of the MST telescope in detecting the Crab and prepare the data analysis of on-sky data.

The second part of the PhD project will be focused on the analysis of the data of the coming observation campaign of LST-1 of PeVatron sources detected by LHAASO. Some of these sources are unidentified with no very high energy counterpart. Even if LST-1 cannot reach enough sensitivity to access energies above 10-50 TeV, it should be able to detect some of them in the 100 GeV-10 TeV energy region for the first time or to provide stringent upper limits contributing significantly to the understanding of these intriguing sources. In the case of detection, thanks to the good angular resolution of the telescope, energy dependent morphology study can be performed. A possible extension of the measurement could be to observe the source at large zenith angle maximizing the detection efficiency at very high energy. The latter would allow to explore the energy region above 10 TeV and to extend to higher energies the study of energy dependent morphology to understand the nature of the source.

The project will include the participation to the LST-1 observation campaign with stays of four weeks in the Roque de los Muchachos Observatory in La Palma.

The CPPM CTA group works since several years both in the building of the NectarCAM camera for MST and in the building and commissioning of the LST-1 telescope. The group also works on the preparatory studies for the research of galactic PeVatrons with CTA [6] and is leading the observation campaign with LST-1 and MAGIC of SNR G106.3-2, which is one of the PeVatron LHAASO sources.

Candidates should send their CV and motivation letter as well as grades (Bachelor, M1, M2) to costantini@cppm.in2p3.fr and cassol@cppm.in2p3.fr. Applications will be selected on the base of qualifications and an oral interview.

[1] Science with the Cherenkov Telescope Array: https://arxiv.org/abs/1709.07997

[2] https://www.cta-observatory.org/

[3] Z. Cao et al. Nature, 594, 33–36 (2021)

[4] Z. Cao et al. (2023) https://arxiv.org/abs/2305.17030

[5] F. Acero et al., Astroparticle Physics, 2023, 150, pp.102850.

L'ordre de masse des neutrinos (NMO) est une propriété fondamentale des neutrinos qui n'a pas encore été déterminée. Savoir si la hiérarchie de masse des neutrinos est « normale » ou « inversée » aidera à distinguer les différentes extensions théoriques du modèle standard proposées pour expliquer l'origine de la masse dans le secteur des neutrinos. Il sera également important d'aider à guider la conception des futures expériences destinées à mesurer la violation de CP.

ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) est un télescope à neutrinos profonds actuellement en construction à une profondeur de 2500 m dans la mer Méditerranée au large de Toulon. ORCA est optimisé pour la détection des neutrinos de basse atmosphère et fournira une détermination de l'ordre de masse avec quelques années de collecte de données. ORCA fait partie de l'infrastructure de recherche multisite KM3NeT (Kilometre Cube Neutrino Telescope), qui intègre également un deuxième réseau de télescopes (en Sicile) optimisé pour la détection de neutrinos cosmiques de haute énergie.

Pendant la thèse au Centre de Physique des Particules de Marseille, l'étudiant aura l'opportunité de participer à tous les aspects de l'expérience ; fonctionnement, étalonnage et évaluation des performances des unités de détection de neutrinos, optimisation de la résolution angulaire et énergétique des algorithmes de reconstruction d'événements, et enfin la mesure du NMO.

Le groupe LHCb du Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) lance un appel à candidatures pour un poste de doctorant sur l'étude de désintégrations semileptoniques de mésons B et sur le logiciel hétérogène de sélection de données en temps réel de LHCb.

L'expérience LHCb istallée auprès du collisionneur proton-proton LHC au CERN est dédiée à l'étude de la physique des saveurs lourdes, avec pour objectif principal de trouver des déviations du modèle standard de la physique des particules. Après une mise à niveau majeure, LHCb a recommencé à prendre des données en 2022 avec le troisième cycle du LHC (Run 3). L'échantillon de données sans précédent à collectionner jusqu'à 2025 sera la base de ce projet de doctorat.

En tant que candidat(e) retenu(e), vous jouerez un rôle actif dans l'analyse des désintégrations de mésons beaux dans des états finaux avec un méson charme excité, un lepton et un neutrino en utilisant les données du Run 3. Le but de ces études est de characteriser les désintégrations $B \to D^+ l$ avec des electrons dans l'état final.

Vous étudierez les distributions cinématiques des produits de désintégration et les asymétries dans ces désintégrations, qui sont sensibles aux effets de la nouvelle physique.

À cette fin, vous étudierez les distributions multidimensionnelles des paramètres cinématiques qui caractérisent les degrés de liberté internes des désintégrations multicorps semileptoniques. Vous utiliserez un ajustement multidimensionnel, en modélisant les processus de bruit de fond et en incluant les effets de résolution du détecteur. Le projet nécessitera l'utilisation de techniques informatiques modernes et d'apprentissage automatique.

En plus de l'analyse physique, vous réaliserez des études pour étendre le logiciel d'analyse en temps réel existant qui exécute des algorithmes de reconstruction et de sélection sur des cartes graphiques (GPUs). Il s'agit de préparer la prochaine mise à jour de LHCb, qui nécessitera le traitement d'un volume de données cinq fois supérieur à celui du Run 3. Vous acquerrez ainsi de l'expérience dans le développement d'un cadre logiciel hétérogène.

Le groupe LHCb du CPPM est composé de cinq chercheurs permanents, quatre ingénieurs, deux chercheurs postdoctoraux et trois doctorants. Nous avons participé activement à l'étude des désintégrations semi-leptoniques et rares de mesons B, ainsi qu'au développement du système d'acquisition de données installé au CERN.

Le poste est financé par l'ERC Starting Grant ALPaCA pour trois ans exactement. En tant que candidat(e) retenu(e), vous ferez partie de l'école doctorale Physique et sciences de la matière d'Aix Marseille Université et vous vous rendrez régulièrement au CERN.

Compétences attendues

Les candidat(e)s doivent être titulaires, ou sur le point d'obtenir, un master en physique. Une bonne connaissance de la physique des particules, des méthodes mathématiques d'analyse des données et de la programmation informatique est requise.

Détails et délais de candidature :

Les candidatures doivent comprendre une déclaration d'intérêt (1 page), un CV (2 pages maximum), deux lettres de référence et, s'ils sont déjà disponibles, les résultats (préliminaires) du master. La déclaration d'intérêt, le CV et les résultats du master doivent être téléchergés sur le portail CNRS:

https://emploi.cnrs.fr/Offres/Doctorant/UMR7346-ANNPOR-122/Default.aspx?lang=FR

Veuillez faire en sorte que les lettres de référence soient envoyés à Dorothea vom Bruch (dorothea.vom.bruch@cern.ch) avant la date limite de dépôt des candidatures. La nomination débutera le 1er octobre 2024.

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 pour la matière noire existent dans les théories au-delà du MS : c'est le cas de l'axion, un des candidats les mieux motivés car il explique aussi l'absence de violation de CP dans l'interaction forte.

La découverte des axions nécessite d'inventer de nouvelles techniques expérimentales. Plusieurs propositions ont émergé ces dernières années. Parmi celles-ci, MADMAX est l'une des seules qui est sensible au domaine en masse autour de 100 micro-eV, favorisé par la théorie. Pour cette raison, elle a attiré l'attention de la communauté scientifique depuis 2016, date à laquelle elle a été proposée. Aujourd'hui, MADMAX est une collaboration de 50 scientifiques de laboratoires allemands et français (dont le CPPM depuis 2019) et fait partie du laboratoire de recherche international DMLab installé à DESY-Hambourg. Basé sur le concept novateur d'haloscope diélectrique, MADMAX sera composé d'un booster fait de 80 disques de 1 mètre de diamètre qui doivent être positionnés à la précision du micromètre à une température de 4 degrés Kelvin et dans un champ magnétique de 9 T. Afin de réaliser ce détecteur, qui prendra des données à DESY après 2030, la collaboration MADMAX est en phase de R&D qui sera conclue par la construction et l'opération d'un prototype dont le but principal est de démontrer la faisabilité du concept de booster diélectrique.

Le but de la thèse est de mener une recherche d'axions dans un espace des phases inexploré en mettant en œuvre et en analysant les données du prototype. L'étudiant(e) contribuera à la réalisation et la caractérisation mécanique des disques diélectriques et leur interface avec les moteurs piézo-électriques développé au CPPM. Le prototype sera assemblé dans un hall expérimental sur le campus de DESY et inséré puis testé à la température de l'hélium liquide dans un cryostat en 2025-2026. Après ces premiers tests, dont les données seront analysées par l'étudiant, le prototype sera envoyé au CERN pour des tests de longue durée entre 2027 et 2029, sous la supervision du CPPM, dans un champ magnétique de 1.6 T. L'analyse des données effectuée par l'étudiant permettra de rechercher des axions autour de 100 micro-eV en utilisant le concept innovant de l'haloscope diélectrique, avec une sensibilité sans précédent sur le couplage axion-photon.

Dans ce cadre l'étudiant sera amené à effectuer des séjours réguliers à DESY et au CERN, notamment pour participer à l'installation du détecteur et à la prise de données.

Prérequis :

1. Formation : master en physique expérimentale des particules

2. Programmation : connaissances en python et/ou C++

3. Langue : maîtrise de l'anglais parlé et écrit

La candidature sera composée :

1. d'une lettre de motivation

2. d'un CV (2 pages maximum) et des relevés de notes universitaires (pour tous les diplômes)

3. trois lettres de recommandation

Plus de détails sur le groupe Matière Noire du CPPM : https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/physique_particules/#Mati%C3%A8re%20Noire

A la fin des années 90, la mesure de la distance des Supernovae de type 1a (SN1a) et du décalage vers le rouge de leur galaxies hôtes a révélé que l'expansion de l'Univers était en accélération. Plus de 20 ans après cette découverte, la nature de l'énergie noire qui serait à l'origine de ce phénomène reste inconnue.

Le modèle de concordance $\Lambda$ CDM décrit un Univers homogène et isotropes aux grandes échelles, soumis aux lois de la relativité générale (RG). Dans ce modèle, la majorité du contenu énergétique de l'Univers provient de la matière noire froide et de l'énergie noire, introduite comme une constante cosmologique. Celle-ci se comporte comme un fluide parfait avec une pression p négative, d'équation d'état p = - rho, où rho est la densité d'énergie.

Certains modèles alternatifs (cf [1] pour une revue) introduisent par exemple des champs scalaires (quintessence) dont l'évolution est responsable de l'expansion accélérée. Ces champs scalaires peuvent varier dans le temps et l'espace. Ils peuvent donc avoir une équation d'état dépendant du temps ainsi que générer des anisotropies de l'expansion.

D'autres modèles proposent de modifier la loi de la gravitation aux grandes échelles imitant le rôle de l'énergie noire.

Aujourd'hui encore, les supernovae restent l'une des sondes les plus précises pour mesurer l'expansion de l'Univers et son homogénéité. Par ailleurs, une partie du décalage vers le rouge des galaxies provient d'un effet Doppler dû à leurs vitesses particulières. On peut alors grâce aux supernovae reconstruire le champ de vitesse à grande échelle, et mesurer le taux de croissances des structures cosmiques. Cela nous permettra de tester la loi de la gravitation.

Une anisotropie de l'expansion aux grandes échelles, une modification de la RG, ou une évolution de l'équation d'état de l'énergie noire, seraient toutes des observations révolutionnaires qui remettraient en cause notre modèle actuel.

Jusqu'à aujourd'hui les relevés de supernovae compilaient des données de multiples télescopes compliquant leur analyse statistique. Les relevés du Zwicky Transient Facility (ZTF: https://www.ztf.caltech.edu/) et de l'observatoire Vera Rubin/LSST (https://www.lsst.org/) vont changer la donne. Ils couvrent la totalité du ciel et mesurent avec précision la distance de dizaines (centaines) de milliers de supernovae proches (lointaines).

Le CPPM travaille sur les données de ZTF depuis 2021, et publiera la première analyse cosmologique en 2025 avec ~3000 SN1a. Nous participons à la construction et la mise en place de LSST depuis des années, en se préparant à l'arrivée des premières données cet été.

Dans le groupe, nous travaillons à la calibration photométrique du relevé ZTF, indispensable pour la précision de mesure dont nous avons besoin (cf ubercalibration [2,3]). Un doctorant venant de soutenir sa thèse a développé un pipeline pour simuler ZTF et mesurer le taux de croissance des structures ([4]) et un doctorant actuel adapte cet exercice à LSST et un autre a débuté en 2024 pour l'analyse de 3000 SN1a de ZTF. Par ailleurs deux postdoctorants ont rejoint le groupe pour travailler sur ZTF, et une chaire d'excellence (DARKUNI de Julian Bautista) étend ce travail en combinant ces données avec les données spectroscopiques de DESI.

L'objectif de la thèse est de développer et perfectionner ce pipeline d'analyse pour mesurer le taux de croissance des structures. La totalité des 30000 SN1a de ZTF sera disponible pour faire l'analyse cosmologique finale de ce relevé.

La thèse coïncide aussi avec l'arrivée des premiers catalogues de SN1a de LSST.

D'autres aspects pourront s'ajouter à la thèse, comme l'étude de l'homogénéité de l'expansion, la calibration photométrique des données etc.

Il s'agit donc d'une thèse de cosmologie observationnelle, pour un-e candidat-e intéressé-e par la cosmologie et l'analyse de données.

[1] https://arxiv.org/abs/1601.06133

[2] https://arxiv.org/abs/astro-ph/0703454v2

[3] https://arxiv.org/abs/1201.2208v2

[4] https://arxiv.org/abs/2303.01198 https://snsim.readthedocs.io/

Le contexte : Plus de vingt ans après la découverte de la nature accélérée de l'expansion de l'Univers, il n'existe toujours pas d'explication définitive de son origine physique. Plusieurs types d'énergie noire ou même des alternatives/extensions à la relativité générale ont été proposés dans la littérature pour tenter d'expliquer l'accélération de l'expansion. En mesurant avec précision les taux d'expansion de l'Univers et de la croissance des structures à grande échelle, en fonction du temps cosmique, nous pouvons en apprendre davantage sur ce mystère cosmologique. En particulier à faible redshift, lorsque l'expansion est accélérée et que l'énergie noire domine l'expansion, nous souhaitons obtenir les meilleures contraintes sur le taux de croissance des structures. Ces mesures peuvent être réalisées en combinant les positions des galaxies et leurs vitesses. Les propriétés statistiques du champ de densité et de vitesse sont étroitement liées au modèle cosmologique sous-jacent.

Expériences : La mesure des taux d'expansion et de croissance de l'Univers est le principal objectif scientifique des expériences actuelles et futures telles que l'instrument spectroscopique de l'énergie noire (DESI), le Zwicky Transient Facility (ZTF), Euclid et le Vera Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (Rubin-LSST).

DESI mesure actuellement la position de 40 millions de galaxies (avec leur décalage vers le rouge) et l'échantillon de galaxies à faible décalage vers le rouge sera le plus complet à ce jour.

L'étude ZTF permettra de découvrir plus de 5 000 supernovae de type Ia, dont nous pourrons déduire la vitesse des galaxies. Le projet Rubin-LSST portera ce nombre à plusieurs centaines de milliers.

Objectif de la thèse : Le candidat sélectionné travaillera à l'analyse conjointe des ensembles de données DESI et ZTF, qui contiennent des millions de galaxies et des milliers de supernovae de type Ia. Le candidat se familiarisera avec la physique et les statistiques des regroupements de galaxies, codera son propre pipeline d'analyse, le testera sur des simulations de pointe et l'appliquera sur des données réelles. La mesure du taux de croissance des structures avec les galaxies de DESI et les vitesses de ZTF sera essentiel dans le test de la relativité générale aux échelles cosmiques. Cette étude est dans le plan de route principal des projets DESI et ZTF.

Profil requis : Le candidat doit avoir un grand intérêt pour la cosmologie, les statistiques, l'analyse de données et la programmation (nous utilisons principalement python). La maîtrise de l'anglais et la capacité à travailler en équipe sont également requises.

Vingt ans après la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers par des mesures avec les supernovas, la sonde supernovas reste l'un des moyens les plus précis pour mesurer les paramètres de cette période récente de l'histoire de notre univers dominée par ce qu'on appelle l'énergie noire.

L'observatoire Rubin avec le relevé Large Survey of Space and Time (Rubin/LSST) sera mis en service en 2025 et débutera officiellement fin 2025. Il s'agit d'un télescope de 8,4 mètres doté d'une caméra de 3,2 milliards de pixels, la plus puissante jamais construite.

Ce télescope prendra une photo de la moitié du ciel toutes les trois nuits pendant dix ans. Ce sondage permettra de mesurer des milliards de galaxies avec une grande précision et de suivre la variation dans le temps de tous les objets transitoires. Avec de nombreuses autres études astrophysiques, ce sera une machine très puissante pour déterminer les paramètres cosmologiques à l'aide de nombreuses sondes différentes et, en particulier, elle imposera de fortes contraintes sur la nature de l'énergie noire. Le projet LSST vise à découvrir jusqu'à un demi-million de supernovae. Cette amélioration de deux à trois ordres de grandeur statistique par rapport à l'ensemble des données actuelles permettra de tester précisément les paramètres de l'énergie noire, de tester la relativité générale et imposera également de nouvelles contraintes sur l'isotropie de l'univers.

Au cours de la thèse, nous proposons de préparer puis de participer à l'analyse des premières supernovae de Rubin/LSST. La préparation se fera en utilisant les données HSC/Subaru existantes, et les premières images du télescope Rubin.

L'étudiant.e participera à la mise en service de Rubin/LSST. Elle/Il aura en charge de poursuivre les développements des méthodes de deep learning pour l'identification des supernovae et de les mettre en application sur les premières images.

Elle/Il participera ensuite aux premières analyses utilisant les supernovae qu'elle/il aura contribué à identifier.

Le groupe LSST du CPPM est déjà impliqué dans la photométrie de précision pour LSST, avec une implication directe dans la validation des algorithmes au sein de DESC/LSST [1][2][3], et a proposé une nouvelle méthode d'apprentissage profond pour améliorer l'identification photométrique des supernovas [4] et les redshifts photométriques [5].

[1] https://www.lsst.org/content/lsst-science-drivers-reference-design-and-anticipated-data-products

[2] https://arxiv.org/abs/1211.0310

[3] https://www.lsst.org/about/dm

[4] https://arxiv.org/abs/1901.01298

[5] https://arxiv.org/abs/1806.06607

[6] https://arxiv.org/abs/1401.4064

Contexte scientifique :

La mission Euclid, développée par l'Agence spatiale européenne (ESA), a pour objectif principal de cartographier la géométrie de l'Univers sombre et de mieux comprendre les propriétés de l'énergie noire et de la matière noire. Grâce à une combinaison des observations de la distribution des galaxies et d'observations du cisaillement gravitationnel faible, Euclid fournira des données à une échelle et avec une précision sans précédent.

Le galaxy clustering (distribution des galaxies à grande échelle) et l'effet de lensing gravitationnel faible sont deux des principales observables de la mission Euclid. Le galaxy clustering permet d'étudier la répartition des galaxies dans l'Univers, révélant des informations cruciales sur la structure de l'Univers, sa dynamique et la nature de l'énergie noire. De son côté, l'effet de lensing gravitationnel permet d'inférer la distribution de la matière noire en analysant la déformation des galaxies d'arrière plan par les masses situées en avant-plan.

L'analyse 3x2pt, qui combine l'analyse du galaxy clustering et du lensing gravitationnel faible (ainsi que leur corrélation croisée), est l'une des approches les plus prometteuses pour exploiter les données issues de ces observations. En effet, elle permet de maximiser les informations sur les paramètres cosmologiques, notamment ceux liés à l'énergie noire, en utilisant des mesures complémentaires pour restreindre les biais systématiques potentiels.

Le sujet de la thèse :

L'objectif de cette thèse est d'exploiter les données issues de la mission Euclid afin de réaliser une étude approfondie du galaxy clustering et de mener une analyse 3x2pt complète. Plus spécifiquement, cette thèse se déclinera en plusieurs étapes principales :

• Étude du Galaxy Clustering : Analyser la distribution des galaxies en 3D à grande échelle, à partir des données photométriques et spectroscopiques du relevé d'Euclid.

• Analyse 3x2pt : Réaliser une analyse combinée 3x2pt, en associant le galaxy clustering et le lensing gravitationnel faible, afin d'exploiter au mieux les informations croisées entre ces deux observables. Optimiser les méthodologies pour réduire les incertitudes systématiques, telles que la contamination par les biais de galaxies et la calibration des redshifts photométriques.

• Contraintes cosmologiques : Appliquer ces outils et méthodes aux données DR1 et DR2 d'Euclid pour contraindre les modèles d'énergie noire et de matière noire. Comparer les résultats obtenus avec les prédictions théoriques des différents modèles cosmologiques (modèles ?CDM et ses extensions).

Cette thèse se situe à l'interface des observations cosmologiques et des techniques d'analyse avancées. En exploitant les données de la mission Euclid et en appliquant la méthode 3x2pt, ce projet vise à fournir des contraintes cosmologiques cruciales, tout en développant des outils méthodologiques essentiels pour l'analyse des relevés de nouvelle génération. Ce travail contribuera à améliorer notre compréhension de l'Univers sombre et à explorer de nouvelles approches pour l'étude de la matière noire et de l'énergie noire.

Environnement scientifique :

La thèse sera réalisée au Centre de Physique des Particules de Marseille, sous la direction de Stéphanie Escoffier et William Gillard. L'équipe de cosmologie du CPPM est impliquée dans de grands relevés cosmologiques comme DESI, Euclid et Rubin.

Compétences requises :

Le candidat doit être titulaire d'un Master (MSc) en astronomie/astrophysique, physique fondamentale ou science des données. Il/elle doit avoir une solide formation en cosmologie observationnelle et en statistiques, ainsi qu'un intérêt pour les approches méthodologiques avancées et les techniques d'inférence statistique appliquées aux relevés cosmologiques. Une expérience en analyse de données et en programmation (Python, C++) ainsi qu'une familiarité avec le traitement de grands ensembles de données ne sont pas obligatoires, mais constitueraient un atout.

Un financement CNES est obtenu pour ce sujet.

La candidature avec les pièces jointes doit être soumise via le système de recrutement numérique du CNES, cliquez sur Postuler.

https://recrutement.cnes.fr/en/annonce/3421579-25-087-combined-analysis-of-galaxy-clustering-and-weak-lensing-with-euclid-13009-marseille

Le dossier de candidature doit comprendre:

Lettre de motivation et intérêts de recherche

CV (résumant la formation, les postes précédents et les travaux académiques - publications scientifiques)

Copies des diplômes originaux de licence et de master, relevés de notes

Documentation sur la maîtrise de l'anglais

Liste des publications et des travaux universitaires que le candidat souhaite voir pris en compte par le comité d'évaluation

Noms et coordonnées de 2 ou 3 personnes de référence (nom, lien avec le candidat, adresse électronique et numéro de téléphone). En outre, prenez les dispositions nécessaires pour que chacune des personnes de référence soumette sa lettre au Dr Stephanie Escoffier (escoffier@cppm.in2p3.fr) et au Dr William Gillard (gillard@cppm.in2p3.fr) avant la date limite.

La date limite de dépôt des candidatures est fixée au 14 mars 2025.

Mission :

Le travail de recherche s'inscrit dans le contexte du projet Prompt-Gamma Time Imaging (PGTI), financé par l'ERC, qui vise à faire une preuve de concept instrumentale et méthodologique du contrôle en temps réel, et sur données réelles, de la distribution d'émission des Gamma Prompts (GPs) dans le contexte de la hadronthérapie. Un système de détection placé autour du patient - composé d'un moniteur de faisceau et de détecteurs gamma - d'une résolution temporelle de 100 ps fournit des mesures de temps de vol des particules mises en jeu dans le traitement. Le premier objectif de la thèse proposée est d'exploiter ces données pour être capable de détecter le plus tôt possible une divergence significative entre le traitement réel et le plan de traitement (simulé en amont), et d'arrêter le traitement le cas échéant. L'objectif final est de pouvoir estimer le profil de dépôt de dose à partir des mesures de temps de vol avec une précision suffisante pour ajuster le traitement en temps réel par rapport au plan de traitement.

Activités :

Le/La doctorant.e recruté.e rejoindra l'équipe imXgam du Centre de Physique des Particules de Marseille responsable du développement la méthodologie de traitement des données du projet PGTI.

Il/elle développera une activité de recherche à l'interface entre les sciences de l'information et la physique médicale afin d'explorer des applications de l'intelligence artificielle pour les données de temps de vol en hadronthérapie. Il/elle poursuivra les objectifs principaux suivants : i) perfectionner notre approche de reconstruction 3D des vertex de GPs basée sur un problème d'optimisation qui incorpore la physique de la hadronthérapie (e.g. notamment en analysant des données simulées et réelles disponibles afin d'incorporer des régularisations adaptées). Les résultats obtenus à cette étape permettront en particulier d'optimiser le design de l'instrument pour une résolution spatiale maximale ; ii) évaluer l'apport des méthodes d'apprentissage automatique (machine learning) et d'apprentissage profond (deep learning) pour estimer conjointement la distribution 3D des vertex de GPs et les changements anatomiques (i.e. de densité électronique) entre le temps du plan de traitement et le temps du traitement réel. Cette quantité essentielle au problème est souvent estimée au préalable avec des incertitudes significatives qu'il faudra compenser. Différentes stratégies seront étudiées et les plus pertinentes (transfert learning, utilisation de Generative Adversarial Networks) seront évaluées sur des données réelles avec le retour d'expertise de médecins et radiophysiciens.

Le/la doctorant.e s'intégrera au projet PGTI financé par une ERC Starting Grant portée par Sara Marcatili (LPSC) dans le cadre d'une collaboration tripartite entre le Laboratoire de Physique Subatomique \\& Cosmologie (LPSC) à Grenoble, le Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) et le Centre Antoine Lacassagne (CAL) à Nice.

Il/Elle bénéficiera de l'environnement de travail pluridisciplinaire, riche et stimulant de l'équipe imXgam, du CPPM et du Campus de Luminy, dont un accès au savoir-faire et aux moyens informatiques du Centre de Calcul de l'IN2P3.