Description

Le modèle standard (MS) de la physique des particules fournit une description extrêmement réussie des interactions fondamentales. Néanmoins, il ne parvient pas à expliquer plusieurs observations clés, notamment l'origine des masses des neutrinos, l'asymétrie baryonique de l'Univers et la matière noire, n'adressant pas non plus des problèmes théoriques tels que la violation de CP fort et le paradigme des saveurs. Ces lacunes motivent fortement l'existence d'une nouvelle physique (NP) au-delà du MS.
Alors que les recherches directes de nouvelles particules au-près des collisionneurs ont jusqu'à présent confirmé les prédictions du MS avec une précision remarquable, les recherches indirectes à la frontière d'intensité offrent une sonde complémentaire très sensible de la NP. En particulier, certaines anomalies dans les désintégrations des mésons semi-leptoniques, en parallel avec des efforts expérimentaux continus visant à mesurer la violation de la saveur des leptons chargés (cLFV) et à améliorer notre compréhension des propriétés des neutrinos, ouvrent des perspectives extrêmement prometteuses pour découvrir la physique au-delà du MS. Les expériences, actuelles et à venir, telles que LHCb, Belle-II, BESSIII, SCTF, COMET, MEG II, Mu3e et Mu2e, entre autres, amélioreront considérablement la sensibilité à ces effets, non seulement en améliorant les mesures existantes, mais aussi en donnant accès à des observables qui n'ont pas encore été explorés expérimentalement.
Ce projet de thèse doctorale étudiera l'impact de scénarios NP bien motivés sur les observables à la frontière d'intensité, en mettant particulièrement l'accent sur des modèles qui permettent expliquer l'origine des masses des neutrinos. Une stratégie global sera adoptée, combinant des techniques de théorie de champ effective pour des analyses indépendantes du modèle, avec aussi des constructions de NP explicites capables de corréler des signaux entre différents secteurs expérimentaux et d'expliquer simultanément plusieurs des lacunes du MS. En confrontant les prédictions théoriques aux données actuelles et aux sensibilités futures, y compris celles attendues des collisionneurs futurs tels que FCC-ee, le projet vise à identifier les signatures vérifiables de la NP et à proposer de nouvelles observables pour guider les efforts expérimentaux. L'étudiant développera une expertise à l'interface entre la théorie et la phénoménologie, contribuant ainsi à l'interprétation des anomalies actuelles et à l'orientation stratégique des recherches futures.
Le projet aura également une forte dimension internationale. Il impliquera des collaborations avec des groupes de premier plan en Europe, notamment des chercheurs de l'Instituto de Física Teórica (Madrid) et de l'Università degli Studi di Bologna, offrant ainsi des possibilités de visites scientifiques et d'activités de recherche conjointes. Des candidats solides issus de ces institutions sont déjà intéressés par cette opportunité, et l'offre sera publiée internationalement sur des plateformes comme inspirehep.net parmi d'autres. De plus, dans le cadre des potentiels programmes d’échange de personnel EU ITN, l'étudiant aura la possibilité de visiter des laboratoires internationaux tels que Fermilab, où plusieurs expériences de nouvelle génération sont en cours de développement, ce qui favorisera les interactions directes avec les équipes locales et renforcera les réseaux scientifiques internationaux. De même, d'autres opportunités se présenteront dans le réseaux des International Research Laboratories (IRL) de l'IN2P3, incluant ceux de Chicago et du Japon.

Compétences requises

Le/la candidat/e doit posséder de solides connaissances en physique théorique des particules et en théorie quantique des champs, notamment une bonne maîtrise du Modèle Standard et de la physique des neutrinos. Il/elle doit également être à l'aise avec le calcul d’amplitudes de transition à partir des premiers principes (dérivation des règles de Feynman, diagrammatique, méthodes analytiques et semi-analytiques). Une expérience en programmation (Python, C++) et des compétences en analyse statistique sont également valorisées. Le/la candidat/e devra être capable de travailler en étroite collaboration avec ses collègues, tant au sein de l’équipe qu’avec des externes, et de participer activement dans les activités du groupe théorie (un bon relationnel et un esprit d'équipe sont des atouts majeurs). Une excellente maîtrise de l'anglais (oral et écrit) est indispensable, notamment pour la présentation de communications et la rédaction des rapports.

Bibliographie

R. N. Mohapatra, Mechanism for Understanding Small Neutrino Mass in Superstring
Theories, Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 561–563.

L. Calibbi and G. Signorelli, “Charged Lepton Flavour Violation: An Experimental and Theoretical
Introduction”, Riv. Nuovo Cim. 41 (2018) 71 [1709.00294].

A. Ilakovac and A. Pilaftsis, “Flavor violating charged lepton decays in seesaw-type models”, Nucl. Phys. B 437 (1995) 491 [hep-ph/9403398]

M. Malinsky, J. C. Romao and J. W. F. Valle, Novel supersymmetric SO(10) seesaw
mechanism, Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 161801 [arXiv:hep-ph/0506296].

A. Abada, C. Biggio, F. Bonnet, M. B. Gavela and T. Hambye, Low energy effects of
neutrino masses, JHEP 12 (2007) 061 [arXiv:0707.4058]

A. Abada and A.M. Teixeira, “Heavy neutral leptons and high-intensity observables”, Front. in Phys. 6
(2018) 142 [1812.08062]

P. Coloma, J. Lopez-Pavon, S. Rosauro-Alcaraz, S. Urrea, “New physics from oscillations at the DUNE near detector, and the role of systematic uncertainties”, JHEP 08 (2021) 065

A. Abada, J. Kriewald and A. M. Teixeira, “On the role of leptonic CPV phases in cLFV observables”,
Eur. Phys. J. C 81 (2021) no.11, 1016

A. Abada, J. Kriewald, E. Pinsard, S. Rosauro-Alcaraz and A. M. Teixeira, “LFV Higgs and Z-boson decays: leptonic CPV phases and CP asymmetries”, Eur. Phys. J. C 83 (2023) no.6, 494.

S. Rosauro-Alcaraz and L. P. S. Leal, “Disentangling left and right-handed neutrino effects in $B\rightarrow K^{(*)}\nu \nu $”, Eur. Phys. J. C \textbf{84} (2024) no.8, 795 [arXiv:2404.17440 [hep-ph]].

A. Abada, G. Arcadi, M. Lucente and S. Rosauro-Alcaraz, “Testable dark matter solution within the seesaw mechanism”, JHEP \textbf{09} (2025), 145 [arXiv:2503.20017 [hep-ph]].

A. Darricau, J. Kriewald and A. M. Teixeira, “Exploring asymmetries in three-body cLFV lepton decays: probing CP violation in HNL extensions
of the SM ”, arXiv:2512.05032 [hep-ph]

Mots clés

Physique des neutrinos, Physique des saveurs, Au-délà du Modèle Standard