La collaboration PandaX-III propose de déterminer si le neutrino est une particule de Majorana, c'est-à-dire sa propre antiparticule. Dans ce but cette collaboration internationale, à laquelle participe l'institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers (IRFU) du CEA Saclay, veut mettre en évidence des doubles désintégrations bêta du Xénon 136 sans émission simultanée de neutrino, où l'apparition des deux électrons n'est pas compensée par l'émission de deux anti-neutrinos. Une telle découverte violerait le principe de conservation du nombre leptonique, en contradiction avec le Modèle Standard de la physique des particules. Cette recherche d'événements rares nécessite l'utilisation d'une énorme quantité de Xénon 136, un site expérimental profond protégé des rayons cosmiques et non radioactif, le laboratoire souterrain de Jinping (CJPL, province du Sichuan, Chine), et une détection de très haute performance. La première phase de l'expérience vise à construire un premier module TPC (chambre à projection temporelle) de 145kg de Xénon, qui sera plus tard suivi de quatre autres modules de 200kg. Les TPC seront dotées de détecteurs capables de mesurer l'énergie des deux électrons bêta avec une excellente précision. Le premier module TPC sera mis en service vers la fin 2024. Le parcours des deux électrons émis lors de la désintégration double-bêta sera alors reconstruit afin de mesurer l'énergie initiale de ces électrons et de reconnaître la topologie de leurs trajectoires et de les différencier des événements de bruit de fond gammas qui n'émettent qu'un seul électron. Ce module sera équipé de détecteurs gazeux Micromegas qui présentent une bonne résolution en énergie et une très bonne radio-pureté limitant la présence de bruits de fond gammas de contamination radioactive.

La collaboration PandaX-III est en train de compléter la construction du premier module TPC. Celui-ci sera installé sur place au CJPL au cours de l'année 2024. Des algorithmes de reconstruction des données des détecteurs par réseaux neuronaux sont en cours de développement, afin de compléter les méthodes analytiques déjà implémentées dans l'environnement de reconstruction et d'analyse de données REST pour optimiser la sélection des événements double-bêta par rapport aux bruits de fond gammas et la qualité de la reconstruction de l'énergie des électrons. Ces algorithmes sont entraînés et testés au fur et à mesure sur des données Monte-Carlo. Les données d'un prototype de TPC de taille réduite seront aussi disponibles pour des tests des algorithmes en conditions réelles. Dès l'installation du premier module fin 2024 ces algorithmes seront utilisés pour la calibration des détecteurs et leur prise en compte dans l'analyse, et pour l'extraction des premiers résultats de physique sur la production des événements de désintégration double-bêta.

Le travail principal du doctorant sera de contribuer au développement des algorithmes de reconstruction des données par réseaux neuronaux, principalement en prenant en compte les imperfection des détecteurs (voies manquantes, inhomogénéité des performances, impuretés du gaz, etc...) et en implémentant dans REST les méthodes de correction des données nécessaires pour compenser ces imperfections. Ce travail impliquera l'étude des données de chambres de test, ainsi que de simulations Monte Carlo. D'autre part, dès que les données du premier module seront disponibles le doctorant participera à l'analyse de ces données et à l'extraction des résultats. Les résultats de ces études feront l'objet de publications et de présentations en conférence. L'étudiant pourra aussi participer à une R&D sur l'optimisation des détecteurs Micromegas afin d'améliorer leur résolution en énergie, ainsi que leur fonctionnement à haute pression et en environnement de Xénon gazeux.

Un stage de Master 2 de 4 à 6 mois pourra être effectué préalablement à cette thèse au sein du groupe PandaX-III du DPhN.