Characterization of gamma cameras for hadrontherapy monitoring

• Oreste Allegrini (IP2I Lyon CNRS Centre National de la Recherche Scientifique)

Les centres de traitement des tumeurs cancéreuses par faisceaux d’ions (hadronthérapie) ont connu une forte expansion pendant ces deux dernières décennies. L’hadronthérapie présente des propriétés balistiques remarquables par rapport à la radiothérapie conventionnelle et permet de traiter dans le cas de faisceau d’ions carbone des tumeurs radiorésistantes. Cependant ses propriétés balistiques ne sont pas pleinement exploitées en raison de l’incertitude sur le parcours des ions dans le patient. Le contrôle du parcours des ions pendant les traitements fait donc l’objet de nombreuses études dans le monde. La détection des rayonnements secondaires pendant le traitement semble une solution prometteuse, en particulier la détection des rayons gamma prompts (PGs) émis lors des réactions nucléaires subies par une fraction des ions incidents. La collaboration CLaRyS (IP2I-PRISME, CREATIS, LPSC, CPPM) développe des systèmes de détection dédiés à l’imagerie des PGs et à l’étude de l’apport de mesures hautement résolues en temps. La thèse porte sur la caractérisation des détecteurs de la caméra Compton couplée à un hodoscope de faisceau développés par la collaboration CLaRyS et sur l’amélioration d’un module de calcul rapide de l’émission des PG dans l’outil de simulation Monte Carlo GATE (basé sur Geant4). Groupe : PRISME

Characterization of light scattering point defects in high-performance mirrors for gravitational wave detectors

• Sihem Sayah (IP2I Lyon CNRS Centre National de la Recherche Scientifique)

The high reflective mirrors of the gravitational waves detector LIGO & Virgo present in the coating many micrometer size defects that scatter the light in the interferometer. This scattered light induces a loss of the laser power of the order of a few tens of parts per million (ppm) and a phase noise because of the recombination with the main beam after reflection on the tube walls. This phenomenon limits the sensitivity of the detector and impacts the ability to detect astrophysical events. A reduction of the scattered light is thus required in order to improve the optical performances of the coatings for the new mirrors of the Advanced LIGO and Virgo plus upgrade. For this purpose we studied the point defects for each material and we analyzed the impact of different parameters in order to compare the density and the size distribution of the defects. Groupe : Ondes Gravitationnelles

Extraction de spectres de Supernovae par modélisation HyperSpectrale des galaxies hôtes

• Jérémy Lezmy

Les Supernovae sont réparties en plusieurs catégories, discernables par certaines spécificités spectrales. Mais seules celles de type Ia (SNIa) sont utilisées comme sonde cosmologique de part leurs propriétés de chandelles standardisables. Cette classification n'est possible que lorsque la SN est suffisamment isolée de sa galaxie hôte: lorsque l'évènement survient proche du coeur de la galaxie, la contamination spectrale s'intensifie et cette analyse devient difficile voire impossible. Dans cette thèse, effectuée dans le cadre du relevé cosmologique grand champ Zwicky Transient Facility (ZTF), je vais présenter une nouvelle méthode de décontamination sous la forme d'outil de modélisation de scène, permettant d'extraire le spectre de Supernovae jusqu'alors inexploitables. Ce travail de recherche permettra de considérablement augmenter l'échantillon de SNIa de ZTF. Groupe : COSMOS

Phénoménologie des nilvariétés

• Fabio Dogliotti (IP2I Lyon CNRS Centre National de la Recherche Scientifique)

Les modèles de compactification sont des classes de modèles qui tentent d'expliquer l'origine des forces et des particules que l'on observe par l'existence de dimensions supplémentaires. La première proposition de ce type remonte à Kaluza et Klein qui ont unifié l'électromagnétisme et la gravitation via une théorie en 5 dimensions. Plus récemment, ces modèles ont aussi été étudiés pour essayer de donner une origine au champs de Higgs. Il s'est avéré cependant que ces modèles sont limités dans leurs applications au monde réel, car souvent très contraints. En utilisant un nouveau type d'espace pour les dimensions compactifiées, appelé nilvariété, nous verrons durant cette présentation comment elles peuvent constituer une nouvelle direction pour les modèles de compactification. Groupe : Théorie

Etude du comportement thermique et sous irradiation du lithium implanté dans le carbure de bore

• Mohand Ouyahia BOUSSEKSOU

Le carbure de bore (B$_4$C) est une céramique réfractaire très dure. Il est envisagé comme absorbant neutronique pour le pilotage des réacteurs nucléaires à neutrons rapides (RNR-Na). En fonctionnement, les atomes de bore ($^{10}$B) capturent des neutrons. Des éléments légers tels que de l'hélium et le lithium sont produits en grande quantité, jusqu’à 1022 cm$^{-3}$, et dans une plus faible mesure du tritium ($^{3}$H/He de l’ordre de 10$^{-3}$ en spectre neutronique rapide). L’objectif de ce travail est d’étudier le comportement du Li dans B$_4$C sous l’effet de la température et de l’irradiation. Nous présenterons le protocole expérimental mis en place ainsi que les coefficients de diffusion thermique apparents déterminés pour une gamme de températures représentative du fonctionnement en réacteur (500 – 800 °C). Puis, nous nous intéresserons à l’effet du dommage sur cette diffusion et discuterons des mécanismes associés. Groupe : MATiCE

Heavy dark matter in a compositeness framework

• Lara Mason (IP2I Lyon CNRS Centre National de la Recherche Scientifique)

We investigate the phenomenology of a scalar top-philic dark matter candidate when adding a dimension-five contact interaction term, as motivated by possible underlying extensions of the Standard Model such as composite Higgs models. To further support the situation of the candidate within a composite model, we add a generic top partner to the theory. We show that the presence of contact interactions can have a major impact on the dark matter relic density as well as on its direct and indirect detection prospects. Groupe : Théorie

Redshift evolution of the underlying type Ia supernova stretch distribution

• Nora NICOLAS (IP2I Lyon CNRS Centre National de la Recherche Scientifique)

Supernovae Ia led to the discovery of the acceleration of the Universe's expansion through the measurement of dark energy's equation of state parameter, $w$. However the detailed nature of SNe Ia remains uncertain, and as survey statistics increase, the question of astrophysical systematic uncertainties arises. In this study, we propose a redshift-evolving modelization of the SNe Ia's stretch, which is a purely intrinsic SN property, to better probe their relationship with their environment and, in turn, increase the precison of the value of $w$. Groupe : COSMOS

Shapes of heavy and super-heavy atomic nuclei with Skyrme Energy Density Functionals

• Philippe Da costa (IP2I Lyon CNRS Centre National de la Recherche Scientifique)

The mean-field, or Energy Density Functional (EDF), methods allow for the study of energies and shapes of all nuclei, but the lightest ones, throughout the mass-table. These approach and their extensions such as the Random Phase Approximation (RPA) and Generator Coordinate Method (GCM) give access to observables from ground state, excited states and large-amplitude collective motion of the nuclei. Furthermore, the mean-field gives a natural interpretation of the nuclear configurations through the shapes of the system in its intrinsic frame. It is well established that a correct description of the ground states of deformed heavy nuclei, rotational bands, isomeric states energies and fission barriers is strongly correlated with the value of the surface energy coefficient a_surf and also the surface symmetry energy coefficient a_ssym. A first step in the direction of a better description of shapes of heavy nuclei was recently achieved with the construction of the SLy5sX series of Skyrme-EDFs and more specifically with the SLy5s1 parameterisation. The systematically improved agreement for deformation properties of heavy nuclei achieved with SLy5s1 compared to widely-used parameterisations such as SLy5, however, comes at the expense of a significant increase of mass residuals. In this presentation, I will show that a slight modification of the fit protocol together with the inclusion of the often-neglected two-body contribution to the center-of-mass correction in functional greatly improve the results for shapes, barriers heights and binding energies. I will present the details of the fit protocol and show a set of selected results. It turns out that completely omitting the center-of-mass correction as sometimes done for parameterisations aiming at nuclear dynamics is similarly problematic as using the standard recipe where only the one-body part is kept. I will also discuss how the statistical error bars on the parameters of the functional propagate on calculated quantities such as fission barriers. Groupe : Théorie

Développement d’un dispositif expérimental pour l’étude des collisions d’électrons de faibles énergie (<20eV) avec des molécules pré-excitées par laser

• Florence Charlieux (IP2I Lyon CNRS Centre National de la Recherche Scientifique)

Ionizing particles produce along their tracks in irradiated matter a large number of secondary electrons with energy below 15 eV. Before losing all their energies by scattering, these ballistic electrons are capable to undergo reaction with the neighboring environment leading to the modification of the property of the irradiated material. Particularly in the radiation science fields applied to biology (e.g., radiation biology or radiotherapy), these electrons are capable to induce DNA strand breaks, and are also at the origin of the enhancement of the DNA strand breaks when combined to the use of radiotherapeutic agents (e.g., halogenated nucleobases or organometallic compounds). Although the intrinsic interaction of these low energy electrons with molecules in their ground states have already received a large number of studies, there are almost no information on the collision of these particles with molecules in a specific ro-vibrationnaly or electronically pre-excited state. In this talk, after presenting the scientific context and the experimental state-of-the art, I will present our motivation to build an new experimental set-up, the current status and the steps after toward the completion of my Ph.D work. Groupe : PRISME