Doctorat en physique des neutrinos et recherche de violation de CP

Le groupe neutrinos du LLR a été créé en 2006 par Michel Gonin, en tant que premier groupe historique en France à travailler sur les expériences neutrinos de pointe au Japon. Depuis lors, le groupe a rejoint l’expérience unique T2K, qui a été la première à découvrir l’apparence des neutrinos et à fournir les toutes premières indications d’une violation de la symétrie leptonique CP. Depuis 2016, le groupe a également rejoint l’expérience Super-Kamiokande et a bâti un leadership fort en ce qui concerne la détection et la phénoménologie des neutrinos DSNB.
Le groupe est composé de 5 chercheurs permanents, 2 chercheurs postdoctoraux et 6 doctorants, qui possèdent une expertise unique dans les neutrinos de haute énergie (violation de CP, problème de hiérarchie de masse, etc.) et de basse énergie (supernovae, neutrinos solaires ou de réacteur). Dans le cadre du sujet proposé, les deux membres contact dirigent l’effort de reconstruction de l’Hyper-Kamiokande, ainsi que les groupes de travail sur l’analyse des oscillations T2K. De plus, le groupe collabore avec les ingénieurs logiciels du LLR ainsi qu’avec le laboratoire ILANCE (situé au Japon) afin de construire un leadership fort dans les algorithmes basés sur le Machine-Learning.

Des déplacements fréquents au Japon et au CERN (travail à ILANCE, réunion de collaboration, prise de données…) sont également attendus.

Les oscillations des neutrinos ont été observées pour la première fois il y a seulement 20 ans, lorsque la collaboration Super-Kamiokande a observé la disparition des neutrinos atmosphériques. En moins de deux décennies, la physique des oscillations des neutrinos a été le terrain fertile de formidables progrès et a ouvert une nouvelle ère : elle permettrait de mesurer l’asymétrie CP dans le secteur leptonique à travers les oscillations des neutrinos, et avec elle, d’éventuellement expliquer l’asymétrie. entre matière et antimatière actuellement observée dans notre Univers.

Ce poste propose d’aborder directement cette question en utilisant l’expérience T2K, qui est l’expérience pionnière dans ce domaine, et de travailler sur son successeur, Hyper-Kamiokande. T2K est une expérience d’oscillation de neutrinos à longue base située au Japon. Son objectif principal est la mesure précise de la (disparition) de l’apparition des neutrinos et des antineutrinos électroniques (muoniques). Grâce à ces mesures, T2K mesure les paramètres d’oscillation ν avec une précision croissante et fournit les premières indications sur la hiérarchie de masse des neutrinos (MH) et la phase de violation de CP (δCP) dans le secteur des neutrinos. Les excellents résultats rapportés par T2K ont motivé une deuxième phase de l’expérience, T2K-II, qui débute en 2023 pour 4 ans et vise à établir une violation de CP au niveau 3σ. De plus, afin de parvenir à une conclusion finale (5σ) sur la violation du CP,

Le candidat retenu travaillera sur la mise à niveau de l’outil existant pour maximiser les résultats physiques d’Hyper-Kamiokande, et les appliquera aux données T2K existantes afin de les tester et de fournir des résultats physiques de premier plan sur la violation de CP. Le groupe LLR a notamment joué un rôle important dans le développement de l’algorithme de reconstruction d’événements Hyper-Kamiokande, notamment grâce à des techniques d’apprentissage automatique. Le candidat retenu devra renforcer cette activité, d’abord en adaptant et en testant les algorithmes déjà développés par le groupe pour les neutrinos de basse énergie (< 10 MeV) au secteur des hautes énergies (> 100 MeV) afin de rechercher des violations de CP. Le candidat travaillera en collaboration avec l’équipe de physiciens, ainsi qu’avec les ingénieurs logiciels du LLR qui collaborent déjà sur cet aspect. Dans la deuxième phase du projet, le candidat devra tester et appliquer l’algorithme sur des données existantes, à savoir celles des expériences dites Water Cherenkov Test Experiment (WCTE) et Super-Kamiokande, situées respectivement au CERN (Suisse) et à Japon. Le candidat devrait utiliser ces données pour affiner les algorithmes et les appliquer pour améliorer l’efficacité actuelle des échantillons de neutrinos Super-Kamiokand et T2K. Le candidat pourra évaluer l’impact sur l’analyse conjointe de l’accélérateur T2K et des neutrinos atmosphériques Super-Kamiokande. Cet ajustement conjoint a le potentiel d’améliorer considérablement les contraintes actuelles sur la violation de MH et de CP par rapport au T2K uniquement pour fournir à terme la meilleure contrainte au monde sur la violation de CP dans le secteur des leptons (tout en préparant Hyper-Kamiokande en même temps). le candidat devra tester et appliquer l’algorithme sur des données existantes, à savoir celles des expériences dites Water Cherenkov Test Experiment (WCTE) et Super-Kamiokande, situées respectivement au CERN (Suisse) et au Japon. Le candidat devrait utiliser ces données pour affiner les algorithmes et les appliquer pour améliorer l’efficacité actuelle des échantillons de neutrinos Super-Kamiokand et T2K. Le candidat pourra évaluer l’impact sur l’analyse conjointe de l’accélérateur T2K et des neutrinos atmosphériques Super-Kamiokande. Cet ajustement conjoint a le potentiel d’améliorer considérablement les contraintes actuelles sur la violation de MH et de CP par rapport au T2K uniquement pour fournir à terme la meilleure contrainte au monde sur la violation de CP dans le secteur des leptons (tout en préparant Hyper-Kamiokande en même temps). le candidat devra tester et appliquer l’algorithme sur des données existantes, à savoir celles des expériences dites Water Cherenkov Test Experiment (WCTE) et Super-Kamiokande, situées respectivement au CERN (Suisse) et au Japon. Le candidat devrait utiliser ces données pour affiner les algorithmes et les appliquer pour améliorer l’efficacité actuelle des échantillons de neutrinos Super-Kamiokand et T2K. Le candidat pourra évaluer l’impact sur l’analyse conjointe de l’accélérateur T2K et des neutrinos atmosphériques Super-Kamiokande. Cet ajustement conjoint a le potentiel d’améliorer considérablement les contraintes actuelles sur la violation de MH et de CP par rapport au T2K uniquement pour fournir à terme la meilleure contrainte au monde sur la violation de CP dans le secteur des leptons (tout en préparant Hyper-Kamiokande en même temps).

De plus, le candidat devrait contribuer à la construction du détecteur Hyper-Kamiokande. Il/elle devrait notamment renforcer l’équipe du LLR qui est responsable de la calibration de toute l’électronique de l’Hyper-Kamiokande. Le candidat contribuera au développement du banc de test localement au LLR, puis à l’exporter au CERN où l’étalonnage aura effectivement lieu à partir de fin 2024.