Thèse en Physique des Accélérateurs : Développement d’un calorimètre rapide pour la polarimétrie en tem

Sujet de thèse :
SuperKEKB est le collisionneur e+e- le plus performant à l’heure actuelle. En effet, il a atteint un record mondial de luminosité, délivrée à l’expérience de physique des particules Belle II. Cette expérience étudie notamment avec précision les désintégrations de mésons B et D, mais aussi la production et les désintégrations de leptons tau. Ces derniers sont produits en quantité telle que des études de précision peuvent être réalisées à Belle II. À ce jour, les faisceaux qui collisionnent ne sont pas polarisés. Cette limitation pourra être surpassée à l’horizon 2030, lors d’un upgrade du collisionneur pour stocker des électrons polarisés. Ainsi, les données qui seront collectées par Belle II pourront être exploitées pour réaliser des mesures de précisions de grandeurs électrofaibles telles que l’angle de mélange électrofaible, ou des mesures de moment anormal magnétique du tau [1].

Pour mener à bien cette ambitieuse amélioration de l’accélérateur, il est nécessaire de (i) modifier la source d’électrons de l’accélérateur, de telle sorte qu’elle produise des faisceaux d’électrons polarisés ; (ii) s’assurer du bon transport de ceux-ci jusqu’à l’anneau de collisions de SuperKEKB et de la conservation d’un niveau de polarisation suffisant ; (iii) d’être en mesure de manipuler l’orientation du spin des électrons dans le collisionneur ; (iv) d’avoir un diagnostic en temps réel de la polarisation dans l’accélérateur. Ce dernier aspect est au cœur de la contribution de l’IJCLab à ce projet et de l’ANR COMPO. Ce diagnostic consiste en un polarimètre de Compton. Des photons issus d’un laser sont rétrodiffusés sur les électrons de l’accélérateur. L’énergie de ces photons diffusés est alors mesurée et permet d’extraire une information précise sur le degré de polarisation longitudinale du faisceau d’électrons. Des études préliminaires ont été menées ; elles ont permis de conclure à la faisabilité du projet [2].

Le/la doctorant(e) aura a cœur de développer et tester un calorimètre pour la mesure suffisamment précise de l’énergie des photons diffusés par l’interaction Compton, mentionnée ci-dessus. Ce détecteur doit être (i) rapide car on souhaite distinguer les photons diffusés par deux paquets d’électrons séparés de 4 ns ; (ii) tolérant aux radiations, car sera sujet à une dose intégrée importante elle-même liée au signal de photon que l’on souhaite mesurer ; (iii) avec une acquisition fonctionnant de manière synchrone de l’accélérateur pour identifier les paquets et permettant une analyse rapide de la polarisation pour, à terme, transmettre cette information en temps réel en salle de contrôle.

Lors de ce travail, un prototype de détecteur comprenant scintillateur, photomultiplicateur et électronique d’acquisition sera développé avec le support de quelques ingénieurs et scientifiques des pôles d’ingénierie et d’accélérateur. Cela consistera en de nombreux développements expérimentaux en sal
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