Doctorat sur la recherche directe de matière noire avec la chambre de projection temporelle DarkSide-20k à argon liquide

il y a 3 semaines

Paris, France CNRS Temps plein

Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorat sur la recherche directe de matière noire avec la chambre de projection temporelle DarkSide-20k à argon liquide (H/F)
Référence : UMR7164-DAVFRA-013
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : PARIS 13
Date de publication : vendredi 10 mai 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel
Section(s) CN : Interactions, particules, noyaux du laboratoire au cosmos

Description du sujet de thèse

La matière noire est l'une des principales énigmes de la physique fondamentale et les particules massives à interaction faible (WIMP) comptent parmi les candidats les plus motivés à la recherche de particules de matière noire. À ce jour, la technique expérimentale la plus sensible pour découvrir les WIMPs dans la gamme de masse allant de 1 GeV/c2 à 10 TeV/c2 est la chambre à projection temporelle (TPC) à double phase remplie de liquide noble. L'approche "double phase" présente le principal avantage d'offrir un accès simultané aux signaux d'ionisation et de scintillation. Cela permet une reconstruction précise de la topologie de l'événement et une discrimination puissante entre les reculs électroniques et nucléaires, ces derniers étant le signal attendu des candidats à la matière noire WIMP. Ces caractéristiques, ainsi que l'extensibilité à des détecteurs massifs, font de l'argon liquide (LAr) une cible convaincante pour les WIMPs de masse plus grand que 20 GeV/c2.

Le LAr peut encore étendre son potentiel physique en ne s'intéressant qu'au canal d'ionisation, sans tenir compte du canal de scintillation. En effet, l'efficacité de la détection d'un seul électron d'ionisation est beaucoup plus élevée que celle d'un photon de scintillation. Le prix à payer est la perte de l'identification des particules basée sur la forme de l'impulsion de scintillation, mais le gain se situe au niveau du seuil de détection. Un seuil aussi bas ouvre de nombreuses possibilités permettant la recherche de candidats très légers de WIMPs (plage de masse de 10 MeV/c2 à 1 GeV/c2), de neutrinos stériles et d'axions. De plus, cette région d'énergie est sensible aux interactions des neutrinos via la diffusion élastique cohérente avec les noyaux, une réaction caractérisée par la section efficace la plus élevée pour les neutrinos dans la gamme du MeV, tels que ceux provenant du Soleil et des supernovae galactiques et extragalactiques à effondrement du noyau.

Le/la au doctorat concentrera son travail sur l'extension du potentiel physique de DarkSide-20k aux signaux "légers", c'est-à-dire ceux induits par des particules légères de matière noire (WIMPs de faible masse, neutrinos stériles, photons sombres et axions) et par des neutrinos de supernova à effondrement du noyau. Il/elle importera les modèles de signaux déjà codés pour les analyses DarkSide-50 dans le cadre de DarkSide-20k et étudiera les composantes de bruit de fond affectant la région de basse énergie à l'aide de la simulation Monte Carlo. En parallèle, le/la modélisera l'ionisation du LAr et les réponses du détecteur aux reculs nucléaires et électroniques dans la gamme du keV.

Contexte de travail

Le site de travail sera le laboratoire APC (Paris), où le/la rejoindra l'équipe DarkSide, qui coordonne la reconstruction des données, la simulation et les études de sensibilité pour la collaboration DarkSide-20k. En particulier, l'équipe APC a dirigé les récentes analyses de données utilisant l'expérience LAr DarkSide-50 de 50 kg, qui ont récemment amélioré les limites existantes sur les interactions des WIMPs de masse plus petit que 4 GeV/c2, et a développé un cadre de reconstruction de données basé sur python hautement optimisé pour DarkSide-20k.

Contraintes et risques

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