CDD Doctorant Physique Nucléaire Théorique Applications Of Ab Initio Nuclear Theory To Electroweak Process In Atomic Nuclei H/F CNRS

Détail du poste

Ce projet de doctorat vise à combiner des méthodes ab initio de structure nucléaire et des codes atomiques relativistes pour permettre des calculs de haute précision du splitting hyperfin dans les atomes muoniques composés de noyaux légers. En combinant des méthodes quasi exactes de physique nucléaire et atomique, cette étude évaluera la précision des Hamiltoniens nucléaires effectifs par rapport aux mesures atomiques ultra-précises des expériences de la collaboration QUARTET (1). Le candidat au doctorat collaborera avec des experts en méthodes Multi-Configuration Dirac-Fock pour incorporer les distributions de densité de charge et magnétique calculées à partir des codes de structure nucléaire. De plus, le projet développera des techniques à plusieurs corps qui traitent les états liés et du continuum dans un cadre unifié. Ces travaux permettront d'affiner les Hamiltoniens nucléaires pour les aligner avec les mesures les plus précises des systèmes légers, réduisant ainsi la dépendance aux ajustements empiriques.
Le doctorant sera basé à l'IJCLab. Cependant, il y aura des échanges significatifs avec l'équipe travaillant à TRIUMF (Canada), spécifiquement pour collaborer à l'avancement des codes numériques ab initio. Ces codes permettront le calcul des observables de structure et de réaction dans le cadre du modèle No-Core Shell Model with Continuum (NCSMC). De plus, des interactions significatives avec le groupe de métrologie du Laboratoire Kastler Brossel, notamment avec le Prof. P. Indelicato, à Sorbonne Université au centre de Paris, sont prévues au cours du doctorat. Ces interactions impliqueront de développer un pipeline entre des codes ab initio Dirac-Fock avec des résultats ab initio de physique nucléaire, ainsi que l'apprentissage des ingrédients de physique atomique et le développement du code lui-même pour compléter les investigations des expérimentateurs. Eventuellement, des visites dans des universités accueillant des collègues expérimentateurs en Allemagne ou en Israël pourront être organisées.
Dans le cadre du programme de doctorat conjoint, le candidat retenu effectuera deux visites de trois semaines par an sur le campus de TRIUMF/UBC (soit un total de quatre visites sur la durée du contrat de doctorat). Cela contribuera au développement du NCSMC.

(1) Ben Ohayon et al., Towards Precision Muonic X-Ray Measurements of Charge Radii of Light Nuclei, QUARTET Collaboration, Physics 2024, 6, 206-215.

Contexte de travail
La précision prédictive des modèles nucléaires repose sur le développement d'un cadre théorique systématiquement améliorable, avec des approximations précises et une quantification robuste des incertitudes (UQ). Les théories effectives des champs (EFT), avec leur capacité à relier les vastes échelles des problèmes à plusieurs corps nucléaires, sont largement considérées comme la voie la plus prometteuse. Cependant, la portée des méthodes ab initio reste limitée pour comprendre la structure nucléaire-comment les nucléons s'organisent au sein du noyau-et pour prédire les réactions nucléaires, qui sont cruciales pour faire avancer notre compréhension des phénomènes astrophysiques.
Les masses nucléaires et les rayons de charge, ainsi que les moments supérieurs de la distribution de charge, sont bien connus, en particulier grâce à des mesures précises de la division hyperfine des niveaux atomiques. Lorsque des lasers de la fréquence requise ne peuvent pas être conçus, les physiciens s'appuient sur des systèmes de détection comme les atomes muoniques, dont la division hyperfine peut être mesurée avec des microcalorimètres TES. La précision extrême requise dans les systèmes nucléaires légers défie les méthodes actuelles de structure nucléaire, qui peinent à calculer la queue de la fonction d'onde nucléaire avec une précision suffisante. Cette limitation affecte la distribution de charge sensible et est aggravée par les inexactitudes inhérentes aux EFT utilisées pour construire l'hamiltonien nucléaire.
Ce projet a deux objectifs principaux. Premièrement, il vise à intégrer pleinement les données des modèles de structure nucléaire en calculant avec précision les distributions de densité de charge et magnétique des systèmes légers avec des codes atomistiques ab initio. Ces codes peuvent calculer la division hyperfine, en tenant compte des contributions relativistes et de l'électrodynamique quantique (QED) de haut ordre, à partir des degrés de liberté noyau-muoniques tout en considérant la forme et la taille du noyau. Essentiellement, cela nécessite un traitement cohérent de la physique nucléaire et atomique.
Deuxièmement, il est essentiel de développer des outils à plusieurs corps qui couvrent de manière exhaustive la fonction d'onde nucléaire. Cela nécessite des techniques similaires aux solveurs à quelques corps, où les états liés et de continuum sont traités de manière cohérente.
La convergence de ces approches peut conduire à des avancées significatives dans l'établissement d'une EFT précise ou l'affinement de ses couplages à basse énergie.
Le projet de doctorat vise à atteindre ces objectifs. L'équipe française collaborera avec des experts en Multi-Configuration Dirac-Fock à Paris, utilisant un code atomique ab initio qui tient pleinement compte des effets relativistes, essentiels pour les éléments avec Z sup 1. Cette collaboration permettra le calcul direct de la division hyperfine, reliant les approches ab initio de la physique nucléaire et atomique. La deuxième partie du doctorat explorera les implications de l'hamiltonien du Groupe de Renormalisation de Similarité à Échelle Complexe (CS-SRG) pour la base de la Méthode du Groupe Résonant, en étudiant si une base de type Berggren peut faciliter l'extraction de potentiels optiques précis sans inclure explicitement les canaux inélastiques. Cet aspect s'appuiera fortement sur la méthode NCSMC, tirant parti de l'expertise du consortium pour anticiper des avancées significatives, en particulier dans l'étude des réactions pertinentes sur le plan astrophysique.
Les résultats de ce projet sont pertinents pour les expériences sur les atomes muoniques menées par la collaboration QUARTET. Dirigée par des scientifiques français, la collaboration vise à effectuer des mesures par rayons X d'atomes muoniques au PSI en Suisse pour déterminer les rayons de charge des noyaux légers avec une haute précision. Les groupes de l'UBC et du CNRS fournissent un soutien théorique à cette collaboration.

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
Les déplacements sont prévus dans le cadre du programme de doctorat conjoint entre le CNRS et l'Université de Colombie-Britannique, notamment pour travailler avec le groupe de physique nucléaire théorique du laboratoire national canadien TRIUMF. Le financement des déplacements est d'environ 3 000 Euros par an.