Corrélateurs d'énergie dans les collisions de noyaux ultra-relativistes

Corrélateurs d'énergie dans les collisions de noyaux ultra-relativistes // Energy correlators in ultrarelativistic nuclear collisions

Réf ABG-135178

ADUM-69187

Sujet de Thèse

20/01/2026

École polytechnique

Lieu de travail

Palaiseau Cedex - Ile-de-France - France

Intitulé du sujet

Corrélateurs d'énergie dans les collisions de noyaux ultra-relativistes // Energy correlators in ultrarelativistic nuclear collisions

Mots clés

Chromodynamique quantique (QCD), Jets, Collisions de noyaux ultra-relativistes, Plasma de quarks et gluons

Quantum chromodynamics (QCD), Jets, Ultra-relativistic heavy-ion collisions, Quark-gluon plasma (QGP)

Description du sujet

The project aims to deepen our theoretical understanding of a deconfined state of matter, the quark–gluon plasma (QGP), produced in ultrarelativistic heavy-ion collisions. Because the QGP exists for only an extremely short time, it cannot be studied with external probes. Instead, we will use jets, collimated sprays of particles also created in these collisions, to explore the QGP's dynamics.

The main goal is to understand how jets are modified by their interactions with the QGP compared to jets in proton-proton collisions, where no QGP is formed. In particular, the project will investigate how different aspects of QGP dynamics are imprinted in a novel class of observables called energy correlators. These observables have quickly become a hot topic in the field, attracting strong theoretical and experimental interest, because they provide a direct link between quantum field theory and measurements at the LHC.

Within this project, we will compute energy correlators in ultrarelativistic heavy-ion collisions using a novel approach that combines their formal properties, such as the light-ray operator product expansion, with perturbative QCD calculations of matrix elements. Methodologically, the work will involve analytical perturbative calculations of 1 2 and 1 3 QCD splittings in the presence of a background medium, as well as their numerical evaluation in order to obtain energy correlators. The project will also include the design and theoretical calculation of new energy correlator-based observables, tailored to probe specific phenomena such as medium anisotropies. Depending on the candidate's progress and interests, the thesis can emphasize either formal theory or phenomenological applications.

This project provides the opportunity to work at the interface between high-energy theory and phenomenology, combining analytical calculations, numerical methods, with direct relevance to ongoing LHC experiments, in a rapidly evolving and exciting area of high-energy physics.

Ce projet de recherche vise à approfondir la compréhension théorique du plasma de quarks et de gluons (QGP), un état de matière déconfiné produit lors de collisions de noyaux lourds ultra-relativistes. Comme le QGP n'existe que pendant un temps extrêmement court, il ne peut pas être étudié directement. Nous utiliserons donc les jets, des cascades collimatées de particules également produites lors de ces collisions, pour sonder la dynamique du QGP qu'ils traversent.

L'objectif est de comprendre comment les jets sont modifiés suite à leur passage à travers le QGP, en comparaison avec les jets produits dans les collisions proton-proton, où aucun QGP n'est formé. Pour cela, nous étudierons une nouvelle classe d'observables, les corrélateurs d'énergie, dont l'étude est rapidement devenue un sujet très actif et prometteur dans le domaine. Ces observables établissent un lien direct entre la théorie quantique des champs sous-jacente et les mesures expérimentales du LHC, permettant d'explorer le QGP avec différentes échelles de résolution.

Dans le cadre de ce projet, nous calculerons les corrélateurs d'énergie dans les collisions de noyaux lourds ultra-relativistes en utilisant une approche originale combinant leurs propriétés formelles, telles que le développement en produit d'opérateurs sur le cone de lumière (light-ray OPE), avec des calculs perturbatifs en d'éléments de matrice de diffusion en QCD. La méthodologie impliquera des calculs analytiques de branchements 1 2 et 1 3 en QCD perturbative en présence d'un milieu, ainsi que leur évaluation numérique afin d'obtenir les corrélateurs d'énergie. Le projet comprendra également la conception et le calcul théorique de nouvelles observables basées sur les corrélateurs d'énergie, conçues pour être sensibles à des phénomènes tels que les anisotropies du milieu. Selon les progrès et les intérêts du candidat, le projet pourra mettre l'accent sur la théorie formelle ou sur les applications phénoménologiques.

Ce projet offre l'opportunité de travailler à l'interface entre théorie et phénoménologie, en développant des outils théoriques directement liés aux mesures du LHC, dans un domaine de la physique des hautes énergies en pleine effervescence.

Début de la thèse : 01/10/2026

Nature du financement
Précisions sur le financement

Programmes de l'Union Européenne de financement de la recherche (ERC, ERASMUS)*

Présentation établissement et labo d'accueil

École polytechnique

Etablissement délivrant le doctorat

École polytechnique

Ecole doctorale

626 Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris

Profil du candidat

Le ou la candidat·e doit être titulaire d'un M2 en physique et posséder une formation solide en théorie quantique des champs et en physique des particules, en particulier dans les techniques perturbatives en QCD. Une expérience en programmation est un plus. Le ou la candidat·e doit pouvoir travailler en anglais.

The candidate should hold an M2 in Physics and have a solid background in Quantum Field Theory and particle physics, especially in perturbative techniques in QCD. Programming experience is a plus. Fluency in English is required.

Date limite de candidature

30/06/2026

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