Thèse Comprendre les Neutrinos Recherches Haute Sensibilité de la Désintégration Double Bêta sans Neutrino avec Cupid et Cross H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
Direction de la thèse : Andrea GIULIANI ORCID 0000000205153773
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59

L'expérience CUPID (CUORE Upgrade with Particle ID) vise la mise en évidence de la désintégration double bêta sans neutrino, un processus fondamental pour déterminer la nature du neutrino (Majorana vs Dirac) et sonder la violation du nombre leptonique. CUPID s'appuie sur l'utilisation de bolomètres scintillants de grande masse, instrumentés avec des détecteurs de lumière de très haute sensibilité et opérés à très basse température, permettant une identification efficace des particules et une réduction drastique des bruits de fond.
La thèse contribuera à plusieurs volets essentiels à la préparation de CUPID et à l'atteinte de sa sensibilité cible :
(1) Développement et optimisation de détecteurs de lumière basés sur l'effet Neganov-Trofimov-Luke (NTL), visant à réduire les seuils en énergie, à renforcer la capacité de discrimination particule-// et, de manière cruciale, à améliorer la réjection des événements de pile-up.
(2) Participation à l'assemblage et aux campagnes de tests des prototypes de tours CUPID au LNGS (Laboratoire Souterrain du Gran Sasso, Italie), en étroite collaboration avec les équipes internationales impliquées dans le projet.
(3) Analyse des données issues des tours prototypes, incluant l'extraction des performances bolométriques et photo-bolométriques, ainsi que l'évaluation quantitative de leur impact sur la sensibilité globale de CUPID.
(4) Analyse des données du démonstrateur CROSS au laboratoire souterrain de Canfranc, une installation capable d'atteindre la meilleure sensibilité mondiale sur le double bêta sans neutrino de l'isotope Mo-100, tout en fournissant une plateforme unique pour l'étude avancée des performances des détecteurs NTL, essentielles pour CUPID.
(5) Études du modèle de fond et simulations de sensibilité intégrant les résultats expérimentaux, afin de déterminer la capacité réelle de CUPID à explorer la région de masse effective du neutrino Majorana correspondant à la hiérarchie inversée.
Le doctorant développera ainsi un profil complet, à l'interface entre R&D instrumentale cryogénique, construction et exploitation de dispositifs bolométriques, analyse avancée de données et modélisation de sensibilité, au coeur d'une expérience internationale de tout premier plan en physique des neutrinos.

La désintégration double bêta sans neutrino est l'un des phénomènes les plus recherchés en physique contemporaine, permettant de tester la nature Majorana du neutrino et de sonder des échelles d'énergie liées à la physique au-delà du modèle standard. CUPID constitue la prochaine génération d'expériences bolométriques après CUORE, en introduisant une identification de particules via la mesure simultanée de chaleur et de lumière. Le développement de détecteurs de lumière NTL, combiné à un contrôle strict des bruits de fond, est un aspect central pour atteindre la sensibilité requise. L'expérience CROSS, installée à Canfranc, fournit un banc d'essai précieux pour ces technologies et pour les méthodes d'analyse qui seront utilisées dans CUPID.

- Optimiser les détecteurs de lumière NTL pour leur intégration dans CUPID.
- Participer à la construction et à la mise en service des prototypes CUPID.
- Réaliser l'analyse des données des prototypes et du démonstrateur CROSS.
- Améliorer et mettre à jour le modèle de fond complet pour CUPID.
- Évaluer la sensibilité finale de CUPID en intégrant les résultats expérimentaux.

- Développement et caractérisation cryogénique de détecteurs NTL.
- Simulations thermiques et optiques pour optimiser les performances.
- Assemblage de modules bolométriques et intégration dans les tours prototypes.
- Analyse de données : filtrage optimal, identification d'événements, calibration, reconstruction d'énergie.
- Modélisation de fond et études de sensibilité via simulations Monte-Carlo (GEANT4/MCU).
- Participation à des campagnes de fonctionnement au LNGS et à Canfranc.