Sonder l’information quantique avec le quark top au LHC // Probing quantum information with the top quark at the LHC

Ce projet de doctorat vise à explorer la nature quantique de la production de paires de quarks top au LHC, en étudiant les corrélations de spin et les observables liées à l’intrication quantique dans les données enregistrées par l’expérience ATLAS. Les récentes avancées ayant permis d’observer l’intrication dans les événements top–antitop ont ouvert une nouvelle fenêtre sur l'étude de la structure quantique des interactions fondamentales, faisant du LHC une machine capable de sonder l’information quantique à l’échelle du TeV. La thèse se concentrera sur la reconstruction de l’état quantique des paires de quarks top à partir des données du Run 3 d’ATLAS, avec une attention particulière portée à l’extraction des corrélations de spin et des observables sensibles à l’intrication quantique dans des topologies à haute impulsion. En améliorant les stratégies de reconstruction et en évaluant soigneusement les effets du détecteur, l’objectif est de déterminer les propriétés quantiques de la paire de quarks top avec précision et ainsi de contribuer à comprendre ce que l’information quantique peut apporter à notre connaissance des particules élémentaires.
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This PhD project aims to explore the quantum nature of top-quark pair production at the Large Hadron Collider by studying spin correlations and entanglement-related observables in data recorded by the ATLAS experiment. The recent breakthrough observations of entanglement in top-antitop events have opened an entirely new window onto the quantum structure of fundamental interactions, transforming the LHC into a machine to test quantum information at the TeV scale. Building on this momentum, the thesis will focus on reconstructing the quantum state of top-quark pairs using ATLAS Run-3 data, with particular attention to the extraction of spin correlations and entanglement-sensitive observables in challenging high-momentum topologies. By improving reconstruction strategies and carefully assessing detector effects, the aim is to measure quantum properties with good precision and to contribute to understand what quantum information can bring us to our understanding of elementary particles.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules
Laboratoire : Groupe Atlas (ATLAS)
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : DELIOT Frédéric
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules