Thèse Études de la Structure Interne des Nucléons et des Noyaux Auprès du Futur Collisionneur Électron-Ion Eic et Caractérisation de Nouvelles Puces Électroniques pour la Lecture de Capteurs «4D-T H/F - Doctorat.Gouv.Fr

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 : Raphael DUPRE ORCID 0000000179358221 Début de la thèse : 2025-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-01T23:59:59 Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre du futur Collisionneur Électron-Ion (EIC) qui est en cours de construction au Brookhaven National Laboratory (BNL, New-York, Etats-Unis). L'EIC, complexe de recherche dédié à l'étude de l'interaction forte, sondera la structure interne des nucléons et des noyaux avec une précision sans précédent. Le/la doctorant(e) contribuera au développement du détecteur ePIC (electron Proton Ion Collider), en se concentrant sur les systèmes de détection dans la région 'avant' : les Roman Pots (RP) et le Off-Momentum Detector (OMD). Ces sous-systèmes sont cruciaux pour mesurer les particules diffusées à très petits angles, une condition essentielle pour l'étude des processus dits 'exclusifs'.
Une partie importante du travail consistera à la caractérisation et à la validation de nouvelles puces électroniques (ASICs), en cours de conception au sein de l'Organisation de Micro-Électronique Générale Avancée (OMEGA, CNRS/IN2P3 - Institut Polytechnique de Paris, Palaiseau), spécialement optimisées pour la lecture de capteurs semi-conducteurs pixelisés de toute nouvelle génération, de type AC-LGAD («Alternating Current coupled Low-Gain Avalanche Diode), capables de très bonnes résolutions tant temporelle (~30 ps) que spatiale (~20 µm), qui équiperont les détecteurs RP et OMD. En parallèle, le/la doctorant(e) réalisera des études par simulation pour évaluer et optimiser les performances de ces détecteurs sur la base de mesures de référence de processus exclusifs. Cette double approche, contribution technique de pointe et activités de simulation / analyses de données, placera l'étudiant(e) au coeur de la préparation du programme de physique de l'EIC. L'EIC sera une nouvelle installation de haute luminosité et haute énergie aux États-Unis, capable de faire entrer en collision des faisceaux d'électrons avec des faisceaux de protons et d'ions. Ceci permettra d'étudier des régions cinématiques de la structure du nucléon et des noyaux dominées par les gluons. De plus, les faisceaux polarisés de l'EIC offriront un accès sans précédent à la structure spatiale et de spin des protons, des neutrons et des ions légers. Les objectifs de cette thèse sont les suivants :
1. Caractériser et valider les performances des nouvelles puces électroniques (ASICs) dédiées à la lecture de capteurs pixelisés de type AC-LGAD qui équiperont les détecteurs Roman Pots et Off-Momentum d'ePIC. Cela inclut l'évaluation du bruit, de leur résolution temporelle et spatiale, ainsi que leur réponse en fonction de différents paramètres.
2. Développer et utiliser un environnement de simulation complet pour le processus de DVCS dans le contexte du détecteur ePIC, en intégrant une description réaliste des performances des détecteurs avant.
3. Évaluer l'impact des performances de ces détecteurs sur la précision des futures mesures de physique et fournir un retour quantitatif pour guider les derniers choix de conception et d'intégration. Pour la caractérisation des puces électroniques couplées à des capteurs AC-LGAD pixelisés, le/la doctorant(e) prendra en main et utilisera les bancs de tests de haute performance disponibles au laboratoire (IJCLab): banc de test laser infrarouge et source Bêta. En particulier, le banc de test laser permet d'exposer les capteurs à des rayonnements d'impulsions ultra-courtes d'intensité et de directions contrôlées. Les données seront acquises via une chaîne d'acquisition dédiée, et l'analyse visera à extraire les performances clés des ASICs. La participation à des campagnes de tests sous faisceau (par exemple au CERN ou à DESY) est également envisagée.
Le travail de simulation sera mené dans l'environnement logiciel officiel de la collaboration ePIC, basé sur ROOT. Le/la doctorant(e) utilisera des générateurs d'événements pour simuler les réactions de DVCS, puis propagera les particules finales à travers la géométrie détaillée du détecteur. Une attention particulière sera portée à la modélisation de la réponse des Roman Pots et de l'Off-Momentum Detector. L'analyse des données simulées permettra d'évaluer l'acceptance et la résolution du système pour la physique exclusive.

Formation : titulaire d'un Master 2 en physique nucléaire, physique des particules, ou physique subatomique.

Compétences : des connaissances en physique des détecteurs et en électronique seraient un atout. Une bonne maîtrise de la programmation (C++, Python) et de l'analyse de données est requise.

Langues : la maîtrise de l'anglais, à l'oral comme à l'écrit, est indispensable pour évoluer dans cet environnement international.

Qualités : nous recherchons une personne motivée, curieuse, capable de travailler de manière autonome tout en ayant un excellent esprit d'équipe.

Mobilité : capacité à se déplacer à l'étranger, en particulier aux Etats-Unis, pour des séjours de courte durée (réunions de travail, réunions de collaborations, workshops et conférences, écoles).