H/F Doctorant en Physique

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Nantes, Pays de La Loire, France CNRS Temps plein

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Sujet de thèse :
Recherche de matière noire légère avec les données de l’expérience XENONnT

L’existence de la matière noire (MD) est l’un des mystères les plus profonds de la physique moderne. Bien que les particules massives interagissant faiblement (WIMPs) aient longtemps été les candidates principales, l’absence de signaux confirmés a orienté les recherches vers des candidates de faible masse (sub-GeV), détectables via l’effet Migdal. Cet effet, récemment observé pour la première fois dans des collisions neutron-noyau et publié dans Nature en 2026, permet aux reculs nucléaires de produire des signaux d’ionisation détectables, même en dessous des seuils énergétiques traditionnels.

L’expérience XENONnT, une chambre à projection temporelle (TPC) à xénon liquide biphasé avec une cible active de 5,9 tonnes, est un instrument de pointe pour l’exploration des candidates de matière noire de faible masse. Les récentes améliorations, notamment le changement des électrodes, ont permis une meilleure collecte des signaux et une réduction significative du bruit de fond, augmentant ainsi la sensibilité de l'expérience. Le projet LowDM, financé par l’ANR (Agence Nationale de la Recherche), vise à exploiter les capacités améliorées de XENONnT pour explorer la plage de masse 0,03–3 GeV/c² avec une sensibilité sans précédent. Cette thèse offre donc une opportunité exceptionnelle de contribuer à une avancée majeure dans la physique des astroparticules, avec un potentiel de découverte de la matière noire ou, à défaut, l'établissement de limites d'exclusion les plus strictes à ce jour pour les candidats de faible masse, repoussant ainsi les frontières de notre compréhension de l'Univers.
Les principaux objectifs sont :
1. Développer la recherche directe de matière noire légère via l’effet Migdal avec les nouvelles données de l’expérience XENONnT.
2. Optimiser la reconstruction des signaux pour les événements à très faible énergie (quelques électrons) et supprimer les bruits de fond instrumentaux (ex. : comptages sombres des PMT, coïncidences accidentelles).
3. Intégrer des techniques d’apprentissage automatique (ex. : arbres de décision boostés) pour améliorer l’identification des signaux et la réjection des bruits de fond.
4. Collaborer avec des théoriciens pour affiner les prédictions des spectres d’ionisation produits par les reculs nucléaires induits par la matière noire.

Le/la candidat-e devra être titulaire d'un Master en physique.
Il/elle devra :

• faire preuve d’une forte motivation, de curiosité et d’une autonomie
• être capable de rédiger des rapports scientifiques et de présenter oralement les résultats
• être capable de travailler à la fois de manière indépendante et en collaboration dans un environnement d'équipe international.

Une expérience avérée dans le domaine de la physique des particules ou des astroparticules, de bonnes compétences informatiques et des expériences antérieures en matièr
Voir plus sur le site emploi.cnrs.fr...

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Contraintes et risques :
Le/la doctorant(e) sera basé(e) au laboratoire SUBATECH à Nantes avec des séjours réguliers sur le site de l’expérience (LNGS en Italie).

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