Thèse Matière Noire et Secteur Caché Détection Directe et Indirecte H/F

Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
Direction de la thèse : Olivier DELIGNY ORCID 0000000168636572
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59

La nature de la matière noire, composante dominante de l'Univers, demeure l'une des grandes énigmes de la physique contemporaine. L'absence de détection de particules massives sensibles à l'interaction faible (WIMPs) a conduit à explorer des candidats alternatifs, notamment ceux issus de secteurs cachés, susceptibles de produire des dépôts d'énergie extrêmement faibles, jusqu'à l'échelle de l'électron unique.

Le projet doctoral s'inscrit dans l'expérience DAMIC-M, en cours d'installation au Laboratoire Souterrain de Modane. Celle-ci utilise des capteurs CCD à lecture « skipper », capables de détecter un seul électron avec une résolution inédite, ouvrant une nouvelle fenêtre d'exploration pour la matière noire légère.

Le projet s'articule autour de trois axes. Premièrement, la mise en service du détecteur DAMIC-M, incluant la validation de ses performances (bruit, résolution en charge, stabilité) et l'optimisation des conditions de très bas bruit de fond. Cette phase constitue une formation complète en physique expérimentale.

Deuxièmement, la recherche directe de matière noire à très basse énergie. Les données, sous forme d'images pixelisées, permettent d'analyser finement la topologie des dépôts d'énergie dans le silicium. Des méthodes innovantes d'analyse seront développées (reconstruction d'agglomérats, discrimination signal/bruit) afin d'exploiter pleinement la sensibilité à l'électron unique et d'améliorer de deux ordres de grandeur les sensibilités actuelles.

Troisièmement, l'interprétation globale des contraintes expérimentales sur la matière noire légère. Le projet visera à unifier les résultats issus de la détection directe, des accélérateurs et des observations indirectes, en les traduisant dans un cadre commun dépendant des mécanismes de production cosmologique. Cette approche, plus théorique, permettra de mieux contraindre l'espace des paramètres et d'orienter les futures recherches.

La thèse s'inscrit dans le contexte de la recherche de la matière noire légère au sein de la collaboration DAMIC-M. Elle exploitera directement les données de l'expérience DAMIC-M, actuellement en phase d'installation, afin de sonder des interactions à très basse énergie et d'explorer de nouveaux modèles de matière noire issus de secteurs cachés.

Les objectifs du projet doctoral sont triples :
- Mise en service du détecteur DAMIC-M ;
- Recherche de matière noire légère à seuil électron unique ;
- Interprétation globale des contraintes expérimentales sur la matière noire légère

La méthodologie générale du projet doctoral repose sur l'instrumentation et la mise en service du détecteur, l'acquisition et la calibration des données, le développement d'outils d'analyse (traitement d'images, reconstruction, discrimination signal/bruit), l'analyse statistique des données et enfin l'interprétation physique et la comparaison aux modèles de matière noire.