Laboratoire : Subatech
Début : 01/09/2021 ou 01/10/2021

Financement : IMT Atlantique

Encadrement :
Julien Masbou, Université de Nantes – Subatech,        
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Dominique Thers, IMT Atlantique – Subatech,     
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Mots clés en français : Matière noire, XENONnT, 0vbb
Mots clés en anglais : Dark matter, XENONnT, 0vbb

Contexte / Impact socio-économique attendu de la thèse (1/2 p env., en anglais ou français)
Le groupe Xénon du laboratoire SUBATECH recherche un/une doctorant(e) très motivé(e) pour travailler au sein de l’expérience XENONnT.
L'existence de la matière noire est justifiée par de nombreuses observations expérimentales et des prédictions théoriques provenant de modèles associés à la description des constituants élémentaires de la matière jusqu’aux plus grandes échelles de l’univers. La nature fondamentale de la matière noire reste quant à elle toujours indéterminée et constitue un sujet très actif de la physique actuelle. Sa découverte permettra de lever le mystère sur l’une des grandes énigmes de la nature.
Le groupe Xénon est fortement impliqué dans les recherches de matière noire et de désintégrations double bêta sans neutrino (0v2b) au sein de la collaboration internationale XENON, il contribue également aux études de sensibilité des expériences de nouvelle génération.
Avec le niveau de bruit de fond le plus bas jamais atteint par des détecteurs recherchant des événements rares, XENON1T s'est avérée être l'expérience de détection directe de matière noire la plus sensible au monde. XENONnT, actuellement en phase de mise en route, a été construite pour être 30 fois plus sensible. Elle pourrait alors être la première expérience au monde mettant en évidence la présence d’une nouvelle particule au-delà du Modèle Standard de la physique des particules.
Son faible niveau de radioactivité la rend également adaptée à d'autres recherches intéressantes d'événements rares comme la désintégration double bêta sans neutrino. Les membres du groupe sont très engagés dans le développement de nouvelles techniques analytiques qui caractérisent la région de haute énergie d'intérêt pour 0ν2β (~ 2,5 MeV) en termes de signal attendu et de bruit de fond.

Objectifs scientifiques, positionnement / originalité, continuité avec thèses antérieures (en ce cas expliquer les nouveaux apports attendus) ou nouveau sujet (1 à 2 p. max., en anglais ou français)
Dans le cadre de l'avancement du programme XENON, la future étape, l’expérience XENONnT est en cours de mise en route dans le laboratoire national souterrain du Gran Sasso (LNGS) : elle accueille environ 9 tonnes de xénon.
Au sein du groupe Xénon de SUBATECH, le/la candidat(e) travaillera sur les simulations et l'analyse des données de XENONnT.
Les membres de l’équipe Xénon de SUBATECH sont très engagés dans la préparation de la calibration du détecteur à basses énergies à l’aide d’une source interne de 83mKr. L’intérêt principal de cette calibration vient du fait qu’elle permet d’étudier la réponse du détecteur dans le domaine d’énergie propre à la recherche de matière noire (<50 keV) : le 83mKr se désintègre en deux gamma à 9 keV et 32 keV. De plus, l’avantage d’utiliser cette source réside aussi dans sa courte durée de vie (1.83 heures) qui permet de ne pas impacter la prise des données dédiée à la recherche d’événements rares.
Le/la doctorant(e) analysera les premières données provenant de l'expérience XENONnT et en particulier la calibration de celui-ci pour assurer son bon fonctionnement. Ces mesures seront décisives pour une bonne reconstruction des événements détectés lors des prises de données.
Le/la doctorant(e) s’intéressera également au comportement de l’instrument à plus hautes énergies pour d’autres canaux de nouvelle physique (comme la recherche 0v2b).
SUBATECH est responsable de la partie stockage et récupération du xénon pour cette expérience : le/la candidat(e) sera amené(e) à aller au Gran Sasso pour ses prises de données, ainsi que pour participer à la vie de la collaboration.

Compétences requises du/de la candidat(e), adéquation avec domaine scientifique de l’encadrement et complémentarité encadrement (1/2 p max., en anglais ou français)
Nous recherchons des étudiants très motivés, titulaires d'un master en physique et possédant une solide expérience en physique des particules et/ou des astroparticules. De bonnes compétences informatiques et des expériences antérieures en matière de simulation Monte-Carlo, de traitement et d'analyse des données sont un atout.