Mise en oeuvre du système de calibration et première recherche de matière noire avec l'expérience DarkSide-20k

Commissioning of the calibration system and first dark matter search with the DarkSide-20k experiment

• Auteur / Autrice : Manuel Pronesti
• Direction : Fabrice Hubaut, Pascal Pralavorio
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : PHYSIQUE DES PARTICULES ET ASTROPARTICULES
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille

Mots clés

Mots clés libres

Matière noire

Calibration

Argon liquide

Dark matter

Calibration

Liquid argon

Résumé

La nature de la matière noire est aujourd'hui un des principaux mystères de la physique fondamentale et les WIMPs sont parmi les candidats les mieux motivés pour l'expliquer. L'expérience DarkSide-20k (DS-20k), actuellement en cours d'installation à 1,4 km sous terre au laboratoire du Gran Sasso en Italie, permettra d'avoir l'un des meilleurs potentiels de découverte des WIMPs au niveau mondial après quelques années de prise de données. Le sujet de cette thèse est de préparer et de participer aux analyses des premières données, pour lesquelles le CPPM a calculé la sensibilité aux WIMPs de basse masse (<10 GeV) et de haute masse (>100 GeV). L'étudiant(e) prendra d'abord part à la simulation et à l'installation du système de calibration, conçu et validé au CPPM. En parallèle, l'étudiant(e) améliorera les algorithmes de reconstruction des données en utilisant des techniques basées sur l'intelligence artificielle (e.g. réseaux de neurones), afin d'optimiser la séparation du signal et du bruit de fond. Enfin, il (elle) participera à l'analyse des données de calibration prises auprès de DS-20k et aux premières analyses de physique. Ces activités apportent une formation complète en physique des particules, incluant les aspects instrumentaux, software et analyse de données.

Dark matter is one of the main puzzles in fundamental physics with rising interest from the scientific community and WIMPs are among the best-motivated dark matter candidates. The DarkSide-20k experiment, currently being installed at 1.4 km underground in the Gran Sasso laboratory in Italy, will have one of the best discovery potentials for WIMP after just a few years of data taking. The goal of this thesis is to prepare and to participate to the analysis of the first data, for which the CPPM computed the sensitivity to WIMPs of low (<10 GeV) and high mass (>100 GeV). First, the student will take part in the simulation and the installation of the calibration system, designed and validated at CPPM. In parallel, the student will improve data reconstruction algorithms by using artificial intelligence techniques (e.g. neural networks), to optimize the separation between signal and backgrounds. Finally, he (she) will participate to the analysis of calibration data taken by DS-20k, and to the first physics analyses. These activities bring a complete education in particle physics, including instrumental aspects, software and data analysis.