Doctorant - Implémentation d'un mode de fonctionnement monochromatique dans FCC-ee et tests expérimentaux possibles (H/F) - Orsay, France - CNRS

Description

Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant - Implémentation d'un mode de fonctionnement monochromatique dans FCC-ee et tests expérimentaux possibles (H/F)
Référence : UMR9012-MARJOU-015
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : ORSAY
Date de publication : mercredi 8 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

Le collisionneur FCCee aura quatre modes de fonctionnement énergétique différents : 45 GeV pour la production Z, 80 GeV pour la production WW, 120 GeV pour la production H(ZH) et 182,5 GeV pour la production ttbar. Le mode H ou production de Higgs pourrait permettre de mesurer le couplage électronique de Yukawa, dans le cadre d'essais dédiés à une énergie du centre de masse de 125 GeV, à condition que la propagation de l'énergie du centre de masse puisse être réduite à environ 5–10. MeV doit être comparable à la largeur du boson de Higgs du modèle standard. La propagation naturelle de l'énergie de collision à 125 GeV, due au rayonnement synchrotron, est d'environ 50 MeV. L'utilisation d'une technique de collision spéciale connue sous le nom de monochromatisation est un moyen d'y parvenir. La manière la plus directe de mettre en œuvre ce mode de collision consiste à introduire une dispersion différente de zéro mais de signe opposé pour les deux faisceaux entrant en collision au point d'interaction (IP). Une première conception optique de l'introduction de la dispersion dans l'IP pour la région d'interaction (IR) FCC-ee a été réalisée, ainsi que des études préliminaires sur la dynamique du faisceau, les problèmes de compatibilité et d'intégration avec le mode de fonctionnement standard de base sans dispersion dans l'IP.
Les principaux objectifs de ce travail de thèse seront d'une part d'étudier en détail la dynamique des faisceaux de ce nouveau mode de collision, y compris l'optimisation de l'ouverture dynamique (DA) et le faisceau-haricot. Et d'autre part une étude paramétrique et une éventuelle implémentation dans l'un des collisionneurs actuellement en activité e+e- à plus basses énergies comme : SuperKEKB, Daphné ou BEPC-II .

Méthodologie
La conception et le design d'un IR dans un collisionneur supposent la familiarisation avec l'optique des accélérateurs et la dynamique des faisceaux des accélérateurs. L'apprentissage de l'utilisation de programmes d'outils d'optique, d'ouverture dynamique (DA) ou de simulation faisceau-faisceau, tels que GuineaPig, MADX, PTC, SAD, Lifetrac et/ou XSuite, sera nécessaire pour réaliser la conception optique et l'étude de la dynamique du faisceau. . En particulier, l'optique de monochromatisation doit être la plus flexible possible pour faire face aux différents scénarios d'opérations envisagés. La collaboration avec d'autres équipes internationales, notamment dans le cadre de la collaboration mondiale FCC, sera également cruciale dans ce projet.

Objectifs :
Les principaux objectifs du projet auquel le doctorant contribuera sont :
1) Études d'optique et de dynamique de faisceau avec dispersion dans l'IP
2) Suivi – simulations DA et faisceau-faisceau
3) Comparaison et benchmarking avec le cas sans dispersion dans la PI
4) Étude paramétrique et mise en œuvre expérimentale possible dans les collisionneurs e+e- basse énergie actuellement en fonctionnement

References :
[1] M. Benedikt et al. (, "Future Circular Collider: Conceptual Design Report Vol. 2", CERN-ACC
[2] A. Renieri, "Possibility of Achieving Very High Energy Resolution in e+e− Storage Rings," Frascati Preprint INF/75/6(R
[3] . Avdienko et al., "The Project of Modernization of the VEPP-4 Storage Ring for Monochromatic Experiments in the Energy Range of Ψ and Υ Mesons," Proc. 12th Intern. Conf. High Energy Accelerators, Fermilab, 1983, p. 186.
[4] K. Wille and . Chao, "Investigation of a Monochromator Scheme for SPEAR," SLAC/AP
[5] . Alexahin, . Dubrovin, . Zholents, "Proposal on a Tau-Charm Factory with Monochromatization", in Proc. 2nd European Particle Accelerator Conf. (EPAC'90), Nice, France, Jun. 1990, pp. 398–401.
[6] M. Jowett, "Feasibility of a Monochromator Scheme in LEP," CERN LEP Note 544, September
[7] A. Zholents, "Polarized J/Ψ Mesons at a Tau-Charm Factory with a Monochromator Scheme," CERN SL/97-27, June
[8] A. Faus-Golfe and J. Le Duff, "Versatile DBA and TBA Lattices for a Tau-Charm Factory with and without Beam Monochromatization," Nucl. Instr. Methods A –18.
[9] M. A. Valdivia García, F. Zimmermann, and A. Faus-Golfe, "Towards a Mono-chromatization Scheme for Direct Higgs Production at FCC-ee", in Proc. 7th Int. Particle Accelerator Conf. (IPAC'16), Busan, Korea, May 2016, WEPMW009, pp. 2434–2437. doi: /JACoW-IPAC2016-WEPMW009
[10] M. A. Valdivia García and F. Zimmermann, "Effect of Beamstrahlung on Bunch Length and Emittance in Future Circular e+e− Colliders", in Proc. 7th Int. Particle Accelerator Conf. IPAC16, Busan, Korea, May 2016, WEPMW010, pp. 2438– 2441. doi: /JACoW-IPAC2016-WEPMW010.
[11] P. Chen and D. Schulte, "Beam-Beam Effects in Linear Colliders," Section 2.5.3 in . Chao, . Mess, M. Tigner, F. Zimmermann (, Handbook of Accelerator Physics and Engineering, second Edition, World Scientific, New Jersey
[12] M. A. Valdivia García, D. El Khechen, K. Oide, and F. Zimmermann, "Quantum Excitation due to Classical Beamstrahlung in Circular Colliders", in Proc. 9th Int. Particle Accelerator Conf. (IPAC'18), Vancouver, Canada, Apr.- May 2018, MOPMF068, pp. 281–284. doi: / JACoW-IPAC2018-MOPMF068
[13] K. Oide et al., "Design of beam optics for the future circular collider e+e− collider rings," Phys. Rev. Accel. Beams 19, 111005
[14] F. Zimmermann and M. A. Valdivia García, "Optimized Monochromatization for Direct Higgs Production in Future Circular e+e− Colliders", in Proc. 8th Int. Particle Accelerator Conf. (IPAC'17), Copenhagen, Denmark, May 2017, WEPIK015, pp. 2950–2953. doi: /JACoW-IPAC2017-WEPIK015.
[15] Zimmermann and M. A. Valdivia García, "Effect of emittance constrains on monochromatization at the Future Circular e+e− Collider", in Proc. 10th Int. Particle Accelerator Conf. (IPAC'19), Melbourne, Australia, May 2019, MOPMP035. doi: /JACoW-IPAC2017-WEPIK015 10th Int. Particle Accelerator Conf. IPAC2019, Melbourne, Australia JACoW Publishing ISBN: doi: /JACoW-IPAC2019-MOPMP035 MC1: Circular.
[16] H.Jiang, A. Faus-Golfe, F.Zimmermann, K. Oide, Z. Zhang, "First Optics Design for a transverse monochromatic scheme for the directs-channel Higgs production at FCC-ee collider", WEPOPT017, IPAC2022, Bangkok, Thailand.
[17] Z. D. Zhang, A. Faus-Golfe, H. P. Jiang, B. W. Bai, F. Zimmermann, K. Oide, "Monochromatization Interaction Region Optics Design for Direct s-channel production at FCC-ee ", SUPM031 IPAC2023, Venice, Italy.
[18] EAJADE (Europe–America–Japan Accelerator Development and Exchange programme), HORIZON-MSCA-2021-SE-01 Project: , /

Contexte de travail

Le Laboratoire Irène Joliot-Curie de Physique des 2 Infinis (IJCLab) est une UMR sous la tutelle du CNRS (IN2P3), de l'Université Paris-Saclay et de l'Université de Paris est située sur le campus de l'Université Paris-Saclay à Orsay. Le laboratoire est situé sur le campus de l'Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay à Orsay. Le campus est situé à 20 km au sud de Paris et facilement accessible en RER en 35 minutes.
IJCLab est né en 2020 de la fusion de cinq unités (CSNSM, IMNC, IPN, LAL, LPT). L'effectif est composé de près de 560 permanents (340 ingénieurs, techniciens et administrateurs et 220 chercheurs et enseignants-chercheurs) et d'environ 200 non permanents dont 120 doctorants. Les thèmes de recherche du laboratoire sont la physique nucléaire, la physique des hautes énergies, la physique théorique, les astroparticules, l'astrophysique et la cosmologie, les accélérateurs de particules, l'énergie et l'environnement et la santé. IJCLab dispose de capacités techniques très importantes (environ 280 informaticiens) dans tous les grands domaines nécessaires à la conception, au développement/mise en œuvre des dispositifs expérimentaux nécessaires à son activité scientifique, ainsi qu'à la conception, au développement et à l'utilisation d'instruments.
Le projet de recherche objet de cette thèse sera mené au sein de l'équipe Physique, Instrumentation et Manipulation des Faisceaux (BIMP) du Département Accélérateurs d'IJClab. Plus précisément dans le cadre du Next Particle Collider (NPC) et, notamment, du FCC. L'étude FCC, hébergée par le CERN, est une collaboration internationale de plus de 150 universités, instituts de recherche et partenaires industriels du monde entier, formée pour explorer la faisabilité d'un futur collisionneur circulaire post-LHC visant à étendre considérablement les connaissances de l'humanité sur l'univers. en augmentant l'énergie et la luminosité par rapport aux collisionneurs passés et existants. Le FCC se compose de deux étages, le premier étant un collisionneur électron-positon de plus haute luminosité servant d'usine à Higgs et électrofaible. L'équipe IJCLab-FCC fait partie de la collaboration ; actuellement, l'équipe est impliquée dans des études FCC-ee. Au CERN, les efforts en matière d'accélérateur et de détecteur se concentrent sur l'achèvement de la conception du collisionneur de leptons, l'optimisation de l'optique de son faisceau et la finalisation de la configuration. Ces dernières années, la mesure possible du couplage électronique de Yukawa, dans un mode d'exploitation supplémentaire dédié à 125 GeV . suscite un intérêt toujours croissant. Le département de physique des accélérateurs et des faisceaux du CERN compte environ 100 physiciens des accélérateurs ; seule une fraction petite mais croissante d'entre eux contribue actuellement au FCC. Concernant la collaboration SuperKEKB, soit l'IJCLab et le CERN sont des collaborateurs actuels. SuperKEKB fait également partie du projet RISE EU EAJADE et est considéré comme le centre de formation de pointe idéal pour l'exploitation des futures usines Higgs. Concernant le collisionneur BEPC-II à l'IHEP, le responsable du projet a un projet de collaboration sur ce sujet dans le cadre du Laboratoire de Physique des Particules IN2P3 France Chine (FCPPL).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Le candidat retenu devra être inscrit au programme doctoral de l'école doctorale PARTICULES, HADRONS, ÉNERGIE, NOYAUX, INSTRUMENTATION, IMAGERIE, COSMOS ET SIMULATION (PHÉNIIQUE) de l'Université Paris-Saclay.
Des voyages dans des écoles sur la thématique des accélérateurs, des ateliers et des conférences, ainsi que des détachements dans d'autres laboratoires à travers le monde d'une durée d'environ un mois dans le cadre du doctorat sont à prévoir