RECHERCHE DE PARTICULES EXOTIQUES À LONGUE DURÉE DE VIE EN ASSOCIATION AVEC QUARKS TOP ET DÉVELOPPEMENT D'UN DÉTECTEUR DE TEMPS À HAUTE GRANULARITÉ POUR ATLAS. // SEARCH FOR LONG-LIVED EXOTIC PARTICLES IN ASSOCIATION WITH TOP QUARKS AND DEVELOPMENT OF A H

Les particules exotiques à longue durée de vie (long-lived particles, LLPs) apparaissent dans de nombreuses extensions bien motivées du modèle standard (standard model, SM) de la physique des particules, et pourraient expliquer la nature de la matière noire (dark matter, DM), résoudre le problème de la hiérarchie et expliquer la masses des neutrinos. Cependant, les LLPs pourraient avoir été manqués par le programme de recherche traditionnel du grand collisionneur de hadrons (LHC), en raison de leurs caracteristiques de dépôt d'énergie qui seraient souvent rejetés par les techniques de reconstruction standard. Les signatures LLP pourraient se cacher dans un ‘'angle mort'' du LHC ! La recherche de ces signatures inhabituelles pourrait être une nouvelle voie vers une découverte révolutionnaire. Le sujet de cette thèse sera la recherche de LLPs avec les données ATLAS du Run 3 du LHC. L'étudiant travaillera en particulier sur la recherche d'un LLP produisant une activité déplacée dans les calorimètres ATLAS, soit se desintégrant en quark top, soi ten association avec un quark top. L'étudiant jouera un rôle majeur dans le développement du software d'analyse pour les recherches LLP avec les données du Run 3. L'étudiant travaillera en particulier sur les stratégies de suppression des bruits de fond induit par faisceau, en plus de l'analyse statistique et de la préservation de l'analyse, au sein d'une équipe internationale de chercheurs.
En parallèle, l'étudiant travaillera dans l'équipe LPC pour aider à développer la mise à niveau du détecteur ATLAS: le détecteur de temps à haute granularité (High Granularity Timing Detector, HGTD). Il s'agira d'un nouveau type de détecteur, avec une résolution temporelle sans précédent d'environ 40 picosecondes. Le HGTD est l'une des principales activités instrumentales du groupe ATLAS du LPC, et devrait être installé dans la caverne expérimentale d'ATLAS en 2027. L'étudiant sera notamment impliqué dans le développement d'un système de certification des modules assemblés afin de vérifier leurs performances après le montage mais avant l'installation. Cela impliquera une collaboration étroite avec les développeurs du système d'acquisition de données HGTD et une présence régulière au CERN.
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Exotic long-lived particles (LLPs) appear in many well-motivated extensions of the Standard Model (SM) of particle physics, and could explain the nature of dark matter (DM), solve the hierarchy problem and explain neutrino masses. However, LLPs may have been missed by the traditional Large Hadron Collider (LHC) search program, due to their energy deposition characteristics that would often be rejected by standard reconstruction techniques. LLP signatures could be hiding in a 'blind spot' of the LHC! The search for these unusual signatures could be a new route to a revolutionary discovery. The subject of this thesis will be the search for LLPs using ATLAS data from LHC Run 3. In particular, the student will work on the search for an LLP producing displaced activity in the ATLAS calorimeters, either disintegrating into a quark top, or associating with a quark top. The student will play a major role in the development of analysis software for LLP searches with Run 3 data, working in particular on beam-induced background suppression strategies, in addition to statistical analysis and analysis preservation, as part of an international team of researchers.

In parallel, the student will work in the LPC team to help develop the ATLAS detector upgrade: the High Granularity Timing Detector (HGTD). This will be a new type of detector, with an unprecedented time resolution of around 40 picoseconds. The HGTD is one of the main instrumental activities of the LPC's ATLAS group, and is due to be installed in the ATLAS experimental cavern in 2027. In particular, the student will be involved in developing a certification system for the assembled modules, to check their performance after assembly but before installation. This will involve close collaboration with the developers of the HGTD data acquisition system, and a regular presence at CERN.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Clermont Auvergne

178 Sciences Fondamentales

- Physique : bonne connaissance de la physique des particules (niveau Master) - Programmation : C++ ou Python. - Langue : maîtrise de l'anglais écrit et parlé. - Bonne capacité de communication et aptitude à travailler en équipe. - Experience en stage de recherche niveau M2
- Physics: good knowledge of particle physics (Master's level) - Programming: C++ or Python. - Language: fluency in written and spoken English. - Good communication skills and ability to work in a team. - Research internship experience at M2 level