Parcours Noyaux, particules, astroparticules et cosmologie (NPAC)

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Tous les cours du parcours sont enseignés en anglais.

Le parcours NPAC forme des étudiant.e.s à la recherche en physique nucléaire, physique des particules, des astroparticules et à la cosmologie. Son objectif est de les préparer à entamer une thèse expérimentale ou théorique dans les grands organismes de recherche comme le CNRS, les Universités ou le CEA.

Cette formation donne les fondamentaux sur la physique de l'infiniment petit et celle de l'infiniment grand. D'un côté, il s'agit d'étudier la physique des particules élémentaires, leurs interactions fondamentales ainsi que leurs assemblages en noyaux atomiques et les propriétés de ces noyaux. De l'autre, les étudiant.e.s travaillent sur la compréhension de l'univers, sa géométrie, son contenu en matière noire et en énergie noire. Ils/Elles sont aussi sensibilisés aux messagers cosmiques que sont les astroparticules et qui peuvent apporter eux aussi des réponses à certaines de ces questions encore ouvertes.

Les thématiques scientifiques couvertes par la formation sont actuellement en plein essor. Pour la physique des particules, le collisionneur protons-protons du CERN, le LHC, a montré ces dernières années des résultats très importants avec la découverte du boson de Higgs (prix Nobel 2013). En cosmologie et astroparticules, la recherche d'énergie noire et de matière noire représente un enjeu scientifique très important pour les années à venir et un prix Nobel a récompensé en 2011 les avancées dans ce domaine. Quant à la physique nucléaire, elle est également en effervescence avec le démarrage de SPIRAL 2, un accélérateur qui devrait entre autres permettre de comprendre l'origine des éléments et de leur abondance sur terre.

La recherche de demain a donc besoin de chercheuses et des chercheurs formés aux thématiques du parcours NPAC. Il s’agit d’une formation étroitement liée au milieu de la recherche : tou.te.s les enseignant.e.s sont des chercheurs et des chercheuses de pointe et les étudiant.e.s passent du temps dans les laboratoires pour des stages ou des études sur les travaux de recherche qui s’y effectuent, notamment en instrumentation. En effet, ces thèmes de recherche demandent des instruments de plus en plus puissants et perfectionnés, leurs performances déterminant les progrès de la discipline. Le parcours comporte donc un volet instrumental, tant dans le domaine des accélérateurs que dans celui des détecteurs.

Par ailleurs, à de nombreuses reprises, les étudiant.e.s ont la possibilité de s'initier à la démarche du chercheur. Tout d'abord, ils/elles effectuent un mois de projet en binôme au premier semestre. Ils/elles doivent réaliser une expérience simple, depuis la conception jusqu'au dépouillement des résultats en passant par le montage. Ceci leur permet d'acquérir des connaissances en instrumentation, analyse de données et techniques de détection. L'UE “Détecteurs” comprend également une première immersion en équipe de recherche. Durant 4 demi-journées, les étudiant.e.s sont accueilli.e.s en binôme dans des laboratoires par des chercheurs/chercheuses et des ingénieurs et  travaillent sur une expérience en construction. Pour approfondir cette démarche, un travail bibliographique, un rapport et une soutenance orale leur sont demandés à l'issue de ces rencontres.

Le stage parachève cette formation qui les conduit naturellement en doctorat l'année suivante.

Cette formation est reconnue pour sa qualité auprès de tous les laboratoires IN2P3 (Institut de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS) en région parisienne et en province, mais aussi dans des laboratoires ayant des thématiques connexes en France (instituts d'astrophysique, laboratoires de physique théorique...) et dans des laboratoires des universités et instituts étrangers.

À l'issue de la formation, 90% des étudiant.e.s s'insèrent ainsi en doctorat avec un financement. Les laboratoires d'accueil sont situés en région parisienne, en province ou à l'étranger.

Site du parcours.

Compétences et objectifs de professionnalisation :

• La formation de chercheurs et chercheuses susceptibles d'avoir une contribution active (analyse de données, simulation, reconstruction) au sein des expériences de physique des hautes énergies ;
• La formation de chercheurs et chercheuses et/ou d'ingénieurs généralistes ayant des compétences techniques leur permettant de mener des projets de recherche et développement de haut niveau en vue d'élaborer de futurs détecteurs, que ce soit pour des expériences de physique nucléaire, des particules ou d'astroparticules ;
• La formation de chercheurs et chercheuses et/ou ingénieurs aptes à modéliser un problème scientifique, aussi bien dans un cadre industriel qu'institutionnel.

Débouchés professionnels :

Les étudiants issus de ce parcours pourront aborder aussi bien un travail de thèse expérimental qu'un travail de thèse théorique dans le domaine couvert par la spécialité.

Typiquement, à l’issue de la thèse, une grande moitié de la promotion des étudiants intègre la recherche publique (Université, CNRS, CEA), l’autre étant majoritairement recrutée par l’entreprise.

Organisation :

• Au premier semestre, les étudiant.e.s suivent des enseignements répartis en trois majeures et deux mineures entre octobre et fin janvier. Quatre de ces UE leur permettent d'acquérir des savoirs fondamentaux. La cinquième permet d'acquérir des compétences en instrumentation. Ceci est complété par une UE de travaux de laboratoire d'une durée de 4 semaines en septembre.
• Au deuxième semestre, les étudiant.e.s suivent une UE intensive d'approfondissement dans le domaine qu'ils/elles auront choisi pour faire leur thèse. Ils/elles ont également un cours de Sciences des données (Data science), incluant les sujets basés sur l’intelligence artificielle l’apprentissage automatique. Ce cours est associé à un projet dont le sujet est ciblé sur leur futur domaine de recherche. Ils/elles partent ensuite en stage dans un laboratoire de recherche au sein de l'équipe avec laquelle ils/elles prévoient de mener leur futur travail de thèse. Le stage est évalué par un jury après une soutenance et en tenant compte de l'avis du représentant de l'équipe encadrante.

Publics visés :

Ce parcours peut accueillir des étudiant.e.s ayant validé une première année de Master de physique, ainsi que des étudiant.e.s ayant obtenu un diplôme d’ingénieur à dominante physique. Dans tous les cas une thématique à dominante physique fondamentale en France ou à l’étranger est souhaitée.

Une solide connaissance de base de la mécanique quantique et de la physique statistique est recommandée. Il est souhaitable d’avoir approfondi des connaissances dans au moins l’un des domaines apparaissant dans le titre du parcours.

Pour les étudiants du M1 de Sorbonne Université, la majeure “Noyaux et particules” est quasiment indispensable. Les UE de “Théorie classique des champs” et “Relativité et temps” au S1 puis “Symétries en physique” et “Introduction à la théorie quantique des champs” au S2 sont conseillées, mais ne sont pas obligatoires.

Admission :

La sélection se fait sur dossier et entretien avec les responsables du parcours.

En moyenne, une promotion rassemble trente étudiant.e.s. Sa composition résulte d’un équilibre entre première année de Master et grandes écoles. Environ 30% des d’étudiant.e.s admis.e.s dans la promotion proviennent de formations étrangères, ce qui contribue également à la diversité.

Pour faire acte de candidature, il faut envoyer le dossier dont la trame se trouve sur le site du parcours (rubrique “Apply for master”) à l’adresse mail qui y est mentionnée. Dans un deuxième temps, les candidat.e.s reçu.e.s devrons soumettre un dossier sur la plateforme eCandidat.

Pour les étudiantes et étudiants inscrits en M1 du Master de Physique et Applications de SU, les UE vivement conseillées  et recommandées sont indiquées dans le tableau ci-dessous.