STAGE Etude de la dynamique faisceau dans les aimants supraconducteurs du Future Circular Collider

Suite à la découverte du boson de Higgs grâce au Large Hadron Collider (LHC), la stratégie européenne pour la physique des particules de 2013 stipule « qu’afin de rester à la pointe en physique des particules, l’Europe a besoin d’être en position de proposer un projet d’accélérateur ambitieux au CERN succédant au LHC ». Dans ce contexte, l’étude d’un collisionneur de hadrons, nommé Futur Circular Collideur (FCC-hh), a été débutée en 2015.
Avec une énergie d’interaction du faisceau 7 fois supérieure au LHC, le FCC oblige les scientifiques à relever de nouveaux défis. En particulier, la modélisation de l’optique faisceau doit être reconsidérée à proximité des expériences, dans les régions dites d’interaction (IR). En effet, l’approche traditionnelle se basant sur des distributions de champ magnétique moyennées le long des aimants supraconducteurs des régions d’interaction peut ne pas s’avérer suffisamment précise pour le FCC.
Le stage se déroulera au sein du DACM au CEA Saclay. Le DACM regroupe un fort potentiel, à la fois dans la conception d’aimants supraconducteurs, mais également dans la caractérisation de faisceaux de particules chargées. Le travail s’effectuera entre deux laboratoires le LEAS (Laboratoire d’études des aimants supraconducteurs) et le LEDA (Laboratoire d’études et de développements pour les accélérateurs).
Une phase initiale du stage s’effectuera au LEAS et portera sur une brève revue de la littérature des aimants en Nb3Sn existants. Puis le/la stagiaire devra ensuite développer un modèle 3D de l’aimant à l’aide du logiciel ROXIE (https://cern.ch/roxie) pour optimiser la contrainte sur les câbles supraconducteurs ainsi que le champ magnétique généré par l’aimant. Dans une seconde partie au sein du LEDA, le/la stagiaire devra utiliser ce modèle développé au LEAS pour évaluer l’impact sur la dynamique du faisceau de particules. Un code développé au LEDA permet de calculer les inputs pour le code de transport SixTrack (http://sixtrack.web.cern.ch/SixTrack/), à partir du modèle 3D de l'aimant. Les positions des particules simulées tour après tour seront utilisées pour analyser l’effet du champ et de ses harmoniques d’ordres supérieurs sur la stabilité du faisceau (à l’aide d’outils développés en python).
En fonction des résultats obtenus une participation à la rédaction d’un article de revue scientifique internationale aura lieu.