Thèse Nouvelle Physique à la Frontière de l'Intensité Masses des Neutrinos et Au-Delà H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Clermont Auvergne École doctorale : Sciences Fondamentales Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne Direction de la thèse : ANA MARGARIDA TEIXEIRA ORCID 0000000241842728 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59 Le modèle standard (MS) de la physique des particules fournit une description extrêmement réussie des interactions fondamentales. Néanmoins, il ne parvient pas à expliquer plusieurs observations clés, notamment l'origine des masses des neutrinos, l'asymétrie baryonique de l'Univers et la matière noire, n'adressant pas non plus des problèmes théoriques tels que la violation de CP fort et le paradigme des saveurs. Ces lacunes motivent fortement l'existence d'une nouvelle physique (NP) au-delà du MS.
Alors que les recherches directes de nouvelles particules au-près des collisionneurs ont jusqu'à présent confirmé les prédictions du MS avec une précision remarquable, les recherches indirectes à la frontière d'intensité offrent une sonde complémentaire très sensible de la NP. En particulier, certaines anomalies dans les désintégrations des mésons semi-leptoniques, en parallel avec des efforts expérimentaux continus visant à mesurer la violation de la saveur des leptons chargés (cLFV) et à améliorer notre compréhension des propriétés des neutrinos, ouvrent des perspectives extrêmement prometteuses pour découvrir la physique au-delà du MS. Les expériences, actuelles et à venir, telles que LHCb, Belle-II, BESSIII, SCTF, COMET, MEG II, Mu3e et Mu2e, entre autres, amélioreront considérablement la sensibilité à ces effets, non seulement en améliorant les mesures existantes, mais aussi en donnant accès à des observables qui n'ont pas encore été explorés expérimentalement.
Ce projet de thèse doctorale étudiera l'impact de scénarios NP bien motivés sur les observables à la frontière d'intensité, en mettant particulièrement l'accent sur des modèles qui permettent expliquer l'origine des masses des neutrinos. Une stratégie global sera adoptée, combinant des techniques de théorie de champ effective pour des analyses indépendantes du modèle, avec aussi des constructions de NP explicites capables de corréler des signaux entre différents secteurs expérimentaux et d'expliquer simultanément plusieurs des lacunes du MS. En confrontant les prédictions théoriques aux données actuelles et aux sensibilités futures, y compris celles attendues des collisionneurs futurs tels que FCC-ee, le projet vise à identifier les signatures vérifiables de la NP et à proposer de nouvelles observables pour guider les efforts expérimentaux. L'étudiant développera une expertise à l'interface entre la théorie et la phénoménologie, contribuant ainsi à l'interprétation des anomalies actuelles et à l'orientation stratégique des recherches futures.
Le projet aura également une forte dimension internationale. Il impliquera des collaborations avec des groupes de premier plan en Europe, notamment des chercheurs de l'Instituto de Física Teórica (Madrid) et de l'Università degli Studi di Bologna, offrant ainsi des possibilités de visites scientifiques et d'activités de recherche conjointes. Des candidats solides issus de ces institutions sont déjà intéressés par cette opportunité, et l'offre sera publiée internationalement sur des plateformes comme inspirehep.net parmi d'autres. De plus, dans le cadre des potentiels programmes d'échange de personnel EU ITN, l'étudiant aura la possibilité de visiter des laboratoires internationaux tels que Fermilab, où plusieurs expériences de nouvelle génération sont en cours de développement, ce qui favorisera les interactions directes avec les équipes locales et renforcera les réseaux scientifiques internationaux. De même, d'autres opportunités se présenteront dans le réseaux des International Research Laboratories (IRL) de l'IN2P3, incluant ceux de Chicago et du Japon. L'origine des masses des neutrinos demeure une des questions ouvertes les plus importantes en physique des particules, justifiant le besoin d'aller au-delà du Modèle Standard. Par ailleurs, d'autres lacunes du MS, comme l'asymétrie matière-antimatière, ou la matière noire, motivent aussi une nouvelle physique. Alors que les recherches directes de nouvelles particules auprès des collisionneurs ont jusqu'à présent confirmé les prédictions du MS avec une précision remarquable, les recherches indirectes à la frontière d'intensité offrent une sonde complémentaire très sensible de la NP. Ce projet de thèse doctorale étudiera l'impact de scénarios de NP bien motivés sur les observables à la frontière d'intensité, en mettant particulièrement l'accent sur des modèles qui permettent expliquer l'origine des masses des neutrinos. Cela permet de rejoindre les efforts de la communauté internationale, dans la quête de dévoiler le modèle de nouvelle physique qui expliquerait les problèmes du Modèle Standard.
Études théoriques d'extensions du Modèle Standard expliquant les oscillations des neutrinos (leur masse et leurs mélanges), et possiblement autres problèmes ouverts du Modèle Standard, ainsi que de leur impact pour des observables expérimentals, notament ceux de physique des saveurs (en incluant la violation de saveur leptonique). Construction de stratégies complètes permettant de dévoiler la présence de ces modèles de nouvelle physique au près des expériences dédiées à hautes intensités et energies (présentes et futures).
Études phénoménologiques de modèles de nouvelle physique bien motivés et testables, incluant ceux qui offrent un mécanisme de génération de masse pour les neutrinos. Apprentissage approfondi d'observables de physique de la saveur qui seront recherchées dans des expériences dédiées (en cours et futures) : calcul des amplitudes (incluant des corrections d'ordre supérieur, méthodes de renormalisation, approximations analytiques), implémentation dans des codes dédiées, simulations numériques. Élaboration de stratégies dédiées, qui combinent des techniques de théorie de champ effective pour des analyses indépendantes du modèle, avec aussi des constructions de NP explicites capables de corréler des signaux entre différents secteurs expérimentaux et d'expliquer simultanément plusieurs des lacunes du MS.