Thèse Étude des Performances d'Un Prototype de Tpc à Argon Liquide pour le Détecteur Lointain de l'Expérience Dune H/F - 38

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie
Direction de la thèse : Jean-Sébastien REAL ORCID 000000031584783X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-08-31T23:59:59

Les oscillations de neutrinos constituent la preuve expérimentale la plus solide de l'existence d'une physique au-delà du Modèle Standard. La plupart des paramètres d'oscillation (matrice PMNS) ont déjà été mesurés avec précision. L'un des défis restants est la mesure de la phase de violation de CP (), qui ne peut être obtenue qu'à l'aide d'une expérience à longue distance exploitant l'effet de la matière sur la trajectoire des neutrinos.
DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) est la prochaine et ultime expérience permettant de mesurer les paramètres régissant les oscillations de neutrinos. Ses objectifs principaux sont d'obtenir des mesures définitives et précises des paramètres d'oscillation, y compris et la hiérarchie de masse, et de tester le paradigme des trois neutrinos. Les neutrinos seront produits au Fermilab et détectés à 1 300 km de distance, dans un nouveau laboratoire souterrain (1 500 m de profondeur) en Dakota du Sud, grâce à quatre grands détecteurs TPC à argon liquide (17 kt chacun). DUNE est une collaboration internationale chargée de concevoir, construire, exploiter et analyser les données des détecteurs proches et lointains.
Une mesure de la phase différente de 0 ou représenterait la découverte d'une violation de CP dans le secteur leptonique, offrant une explication possible à l'asymétrie matière-antimatière dans l'Univers. En plus de l'étude des oscillations de neutrinos, d'autres sujets de physique passionnants seront explorés, comme la recherche de la désintégration du proton et la caractérisation du flux de neutrinos provenant de supernovas dans notre galaxie.
Deux détecteurs seront construits en utilisant une technologie éprouvée : la Chambre à Projection Temporelle (TPC) à argon liquide. En Europe, le CERN a développé une nouvelle technologie pour le plan de lecture de charge (CRP), basée sur des cartes de circuits imprimés perforées, collectant les électrons dérivant verticalement. Les groupes français sont fortement impliqués dans cette technologie et la construction du détecteur lointain à dérive verticale. Deux grands prototypes ont été construits au CERN et sont actuellement en phase d'étude pour prouver leur faisabilité et leur performance. Le prototype à dérive verticale a acquis ses premières données sous faisceau durant l'été 2025 et enregistre actuellement des rayons cosmiques.
L'équipe du LPSC, composée de 5 chercheurs permanents, participe à la production des CRP (2025-2027) pour le détecteur lointain, ainsi qu'à l'analyse des données de faisceau et cosmiques du prototype. La caractérisation du détecteur à partir du prototype permettra d'améliorer la simulation pour l'expérience DUNE et conduira à une nouvelle évaluation des systématiques, permettant ainsi de produire une estimation plus réaliste de la sensibilité de la mesure des paramètres d'oscillation prévus dans DUNE.
Le doctorant se concentrera sur l'analyse des données du prototype ainsi que sur la simulation du futur détecteur lointain. Le détecteur devra être entièrement caractérisé (uniformité de la dérive, stabilité du détecteur, etc.) et ses performances estimées (résolution calorimétrique de charge, reconstruction de traces, identification de particules, etc.). Ce travail permettra d'étudier les interactions des hadrons sur les noyaux d'argon et de réduire les incertitudes systématiques associées dans l'analyse des oscillations. Tous ces sujets sont fondamentaux pour l'expérience DUNE. Le doctorant aura l'opportunité unique de caractériser la plus grande TPC à argon liquide au monde et de produire des résultats dans divers domaines de la physique, tout en participant activement à plusieurs groupes de travail de physique de DUNE. Les résultats de ces études seront utilisés pour améliorer la sensibilité de l'expérience avec des performances réalistes du détecteur.
Le doctorant aura également l'opportunité de participer à l'assemblage du même détecteur que celui utilisé dans son analyse des oscillations de neutrinos.

L'étudiant travaillera au sein de l'équipe neutrino du LPSC, constituée de neuf chercheurs permanents et de trois postdoctorants. Notre équipe travaille sur trois projets. Cinqs de ces permanents travaillent exclusivement sur l'expérience DUNE.

Analyse des données d'un prototype pour anticiper les performances du détecteur final.