物理与天文系
Different Applications
不同应用中的宇宙射线介子
众所周知，宇宙射线μ介子在粒子天体物理学以外的应用中很有用。它们有助于绘制火山结构图和寻找各种地质结构中的空隙。其他可能的应用包括对地质储存库的研究，包括监测碳捕获，追踪非法核材料等。谢菲尔德大学的粒子物理学和粒子天体物理学（PPPA）小组与其他机构和工业伙伴合作，开展了与这些μ介子应用有关的广泛计划。这个博士项目是计算性的，为学生提供了一个将粒子和天体粒子物理学知识和探测器技术应用于与当代世界关键问题相关的其他领域的机会：气候变化、核安全等。
申请者要求：
候选人应具备良好的粒子物理学知识和编程技能。
最好有粒子天体物理学和核物理学方面的知识。
资金说明：
该项目对国内和国际候选人开放，但国际学生可能需要获得资金以支付学费和生活费。
2
and the Quantum Sensors for the
Hidden Sector Collaboration
使用 ADMX 和量子传感器进行暗物质
搜索以实现隐藏部门协作
这个博士项目涉及搜索隐藏部门的暗物质，包括QCD轴子和类轴子粒子（ALPs）。我们在谢菲尔德的小组领导 “隐蔽部门的量子传感器 “合作，并与美国的轴子暗物质实验（ADMX）合作。该领域的博士生将涉及探测器模拟、探测器和探测器部件的实验室特性、仪器设计和操作、低温（至10mK）和室温下的微波电子特性以及数据分析等内容。与QSHS合作的其他成员和ADMX的团队合作将是非常重要的。QSHS合作由剑桥、牛津、兰卡斯特、RHUL、NPL、UCL、利物浦以及谢菲尔德的科学家组成。ADMX合作组织目前在西雅图的华盛顿大学有他们的实验设备，在费米实验室、佛罗里达大学（Gainseville）、劳伦斯-利弗莫尔国家实验室和其他美国校园有其他活跃的小组。
资金说明：
英国学生有资格获得由STFC全额资助的助学金。非英国学生可以获得一些资助，以支付生活费用和部分费用。
the LZ Experiment
使用 LZ 实验进行暗物质搜索
LUX-ZEPLIN（LZ）是一个在美国南达科他州SURF的深矿中建造和运行一个高灵敏度暗物质实验的项目。LZ将对超出粒子物理学标准模型的许多领先的新物理学理论所预测的暗物质粒子敏感，例如超对称性。谢菲尔德大学的粒子物理学和粒子天体物理学（PPPA）小组自2013年以来一直参与LZ实验，主要负责开发建模和数据分析的软件，模拟和理解背景辐射，以及探测暗物质信号。目前，LZ的建设正在进行中，该探测器将于2021年开始运行。该博士项目将包括分析LZ实验的第一批数据，重点是寻找暗物质粒子散射的低能量核反冲。将需要在美国的探测器现场轮流值班，监测探测器的运行和数据质量。该学生还将有机会在美国花更长的时间（6-12个月）参与探测器的运行。
申请者要求：
候选人将具备良好的粒子物理学知识和优秀的编程技能。
最好有核物理学和粒子天体物理学的知识。
资金说明：
该项目对国内和国际候选人开放，但国际学生可能需要获得资金以支付学费和生活费。
with the ATLAS Experiment
使用 ATLAS 实验进行电弱测量
主要课题是进一步研究电弱对称性破缺的性质，并利用希格斯和二元子的测量来寻找新的物理现象。精密测量也可以结合起来，产生对描述W、Z和希格斯玻色子之间相互作用的电弱拉格朗日的最佳约束，这与电弱对称性破缺的性质直接相关。这可以对一般的新物理学模型产生严格的约束。
申请者要求：
候选人最好具备大量的数据分析、统计、高级分析分类方法和可能的机器学习的能力。
资金说明：
英国学生有资格获得由STFC全额资助的助学金。非英国学生可以获得一些资助，以支付生活费用和部分费用。
of exploding stars
探索爆炸恒星的环境
超新星是某些类型的恒星的爆炸性死亡；特别是比我们的太阳大得多的恒星。从大质量恒星的形成到超新星的路线是一条错综复杂的道路，取决于宿主环境的性质和恒星在最终死亡之前的演变。尽管我们可以在其他星系中看到有大量大质量恒星集中诞生的地方，但我们看到大质量恒星死亡的地方可能是相当不同的。为什么会这样，这能告诉我们导致大质量恒星形成和演化的过程是什么？在这个项目中，我们将使用最新的观测和建模技术，以及机器学习方法，来探索发现超新星的环境，以了解大质量恒星诞生和最终大质量恒星死亡的途径。
资金说明：
这个项目有可能得到资助。
Nucleon Decay Search with DUNE
使用 DUNE 进行中微子振荡研究
和核子衰变搜索
DUNE是一个大型的国际项目，旨在设计、建造和运行一个多千吨级的液氩探测器，用于中微子物理学、中微子天体物理学和寻找超越标准模型的物理学。该探测器将在SURF设施（美国南达科他州）的地下深处建造。谢菲尔德大学的粒子物理学和粒子天体物理学（PPPA）小组参与了DUNE项目，在探测器建造、建模和软件开发方面承担了广泛的责任。这个博士项目将着重于开发DUNE探测器的校准方法，特别是使用大气中的μ子。它还可能包括开发基于机器学习技术的分析，以搜索核子衰变事件，并将其从宇宙射线μ子和大气中微子的更大背景中分离出来。通过探测器的运行转移（从2023年开始）和数据分析，可以参与SBND（短基线接近探测器）实验。SBND的主要目标是测试几个实验报告的一些中微子振荡异常现象，并搜索无菌中微子。对SBND数据的分析也将有助于验证校准技术和粒子识别算法。将有机会在费米实验室工作6-12个月并参与SBND的运行。
申请者要求：
候选人应具备良好的粒子物理学知识和编程技能。
资金说明：
该项目对国内和国际候选人开放，但国际学生可能需要获得资金以支付学费和生活费。
properties of polaritons in
photonic lattices
光子晶格中极化子的非线性和量子特性
半导体纳米技术的最新进展导致了新一代强大的可控结构，在这种结构中，可以在亚微米尺度上对光和物质之间的耦合进行操纵。在这些结构中，新的准粒子–偏振子–可以被创造出来，它是光和物质（激子）的混合物。极子具有非常小的有效质量，因此可以在高温下凝聚成单一的量子态。这种宏观上被占领的状态具有类似于原子玻色-爱因斯坦凝聚物的特性。此外，虽然在自由空间传播的光子不会相互作用，但偏振子波函数中的物质成分却能使粒子间发生强烈的相互作用。这种非线性产生了丰富的现象，从光的超流性、超低功率自定位波包（孤子）到单光子和纠缠光子对的产生。本项目涉及对零维微谐振器耦合格子中的偏振子的实验研究。本项目将特别强调研究这些晶格中受拓扑保护的边缘状态和玻色-爱因斯坦凝聚物。你将探索增益和损耗、晶格几何和巨型光学非线性的影响如何影响偏振子的拓扑结构和相干性。总的来说，微腔中的偏振子物理学是非常热门的研究，可能会在未来的量子光学计算和模拟中找到应用。
资金说明：
成功的候选人将加入一个资金充足、非常活跃的研究小组。在该项目中，学生可以完全使用谢菲尔德的最先进的设施。
稳定有机太阳能电池的途径
自从非富勒烯受体（NFA）取代富勒烯受体后，有机太阳能电池出现了巨大的复苏。有了一大堆不同的NFA，这些电池的功率转换效率达到了令人眩晕的新记录。这使这项技术处于一种变革性的低成本大规模生产方式的边缘，从而使大面积太阳能成为可能。
为了在工作装置中最大限度地利用这些材料，我们必须了解如何调整或合理控制这些相分离的聚合物（供体）-小分子（受体）混合物中的纳米级相分离和结晶度，以制造更稳定的装置。最终目的是根据小分子NFA在聚合物供体中的流动性和扩散性来理解或预测任何新的混合配方的稳定性。这是一项重要的工作，将有助于推动稳定的低成本太阳能电池技术的发展。
申请者要求：
这个博士项目将涉及使用中子、X射线和离子束方法来研究这些混合物的定位、结构和结晶性，从而开发出有助于设计长寿命有机太阳能电池的合理方法。需要候选人在上述方面有一定的能力。
资金说明：
该项目正在等待资金，申上的同学可能得到奖学金支持。
electrodynamics
可伸缩腔量子电动力学
该项目将推动片上半导体腔体-量子点（QD）系统的边界，通过进入可调谐腔体结构的极端量子系统，为量子信息应用做好准备。你将开发在这个极端量子体系中运行的QD-腔体系统，在这个体系中，强耦合导致光子与QD激子杂交形成极子。相关的量化能级阶梯会随着极子数量的增加而非线性地增加能量，这将被用来产生一个可扩展的、可选择的光子数量状态的片上源。扩大规模将涉及生产一维可调谐的耦合QD-腔阵列，以检测量子相变和纠缠的光学特征，开辟片上量子多体物理学的新领域。通过对系统耗散和驱动的控制，你将能够探索长程稳态纠缠和不确定的长效光子定位（自我捕获）稳态，在量子网络中得到重要应用。
申请者要求：
需要具备上述提到的相关专业知识。
资金说明：
该项目也是一个博士奖学金项目。
dark matter particles with
the ATLAS experiment
用 ATLAS 实验寻找超对称和暗物质粒子
该项目将致力于分析大型强子对撞机ATLAS实验收集的数据，以寻找超对称性所假设的新粒子。ATLAS将在2022年重新开始采集数据，该学生将分析这些新数据，以揭开粒子物理学中的两个重要问题，如层次问题和暗物质的构成。该学生将专注于粒子衰变为重味夸克的搜索，其中还观察到大量缺失的横向能量。这项工作是与一个国际团队合作完成的，该学生还将参与ATLAS的实验工作。经常前往欧洲核子研究中心，并有可能长期在欧洲核子研究中心工作。
资金说明：
英国学生有资格获得由STFC全额资助的助学金。非英国学生可以获得一些资助，以支付生活费用和部分费用。
Production with the ATLAS
Experiment at the CERN LHC
在 CERN LHC 中通过 ATLAS 实验寻找
希格斯玻色子对的产生
欧洲核子研究中心ATLAS和CMS实验发现的125GeV希格斯玻色子有可能只是标准模型之外的理论所预测的几个带中性电荷的希格斯玻色子之一。其中许多理论预测存在一个质量更大的希格斯玻色子，能够衰变成两个更轻的125GeV希格斯。新的物理学也可能导致通过自旋2引力子的衰变产生共振希格斯玻色子对。学生将制定分析策略来搜索两个中性125 GeV希格斯玻色子的产生，然后在ATLAS Run-3 13.6 TeV质子-质子对撞数据上实施这些搜索策略。搜索将集中在一个最终状态，其中一个希格斯玻色子衰变为两个陶质轻子，第二个希格斯玻色子衰变为一对底夸克。学生还将使用这个最终状态来探索希格斯玻色子的自我耦合，并进行λhhh的测量。学生将参与开发陶氏轻子识别算法，并有机会协助ATLAS跟踪器升级的硅模块建设。
资金说明：
英国学生有资格获得由STFC全额资助的助学金。非英国学生可以获得一些资助，以支付生活费用和部分费用。
for the Upgrade of the ATLAS
Experiment at the CERN LHC
用于升级 CERN LHC 的 ATLAS 实验的
硅传感器粒子探测器
欧洲核子研究中心计划对大型强子对撞机（LHC）加速器综合体进行一系列升级，其中最后一个被称为高光量LHC（HL-LHC），预计将于2029年开始收集数据。为了应对这一升级带来的挑战，ATLAS将进行广泛的修改。该项目将重点关注新的全硅内跟踪探测器（ITk）的探测器模块的建造，其中部分模块正在谢菲尔德大学的半导体探测器开发设施中建造。博士项目将涉及实验室的实际工作，但也包括对结果的解释和新实验的设计。预计将前往更大的研究设施（钻石、DESY、欧洲核子研究中心），以获取测试数据或进行其他调查。该博士项目将为在工业界和学术界的职业生涯做同样的准备。
资金说明：
英国学生有资格获得由STFC全额资助的助学金。非英国学生可以获得一些资助，以支付生活费用和部分费用。
Neutrino Programme (T2K,
SuperKamiokande and
HyperKamiokande)
日本长基线中微子计划（T2K、
SuperKamiokande 和 HyperKamiokande）
谢菲尔德大学的粒子物理学和粒子天体物理学（PPPA）小组长期以来一直参与日本的长基线中微子计划。目前我们参与了3个项目：T2K、SuperKamiokande（”SuperK”）和HyperKamiokande（”HyperK”）。T2K（东海至神冈）是一个长基线实验，它在J-PARC设施中产生中微子，并在一个 “近距离探测器 “中探测到它们，然后在SuperKamiokande（一个巨大的5万吨Cerenkov探测器，距离近300公里）再次探测。HyperKamiokande是一个计划中的下一代 “远处探测器”，其基准体积为18万吨。到目前为止，T2K已经提供了世界领先的CKM中微子混合矩阵参数的测量，以及中微子部门CP违反的第一个迹象。
谢菲尔德的博士生通常在T2K上工作，可以选择参与SuperK或HyperK的实验。在过去的几年里，我们的学生参与了广泛的T2K分析，包括截面测量，提高我们对中子核相互作用的理解，以及不同超新星模型之间的辨别。目前，这包括设计和测试用于校准HyperK的脉冲光注入系统，以及对拟议系统性能的软件研究和对部署在SuperK中的原型校准系统所产生的数据分析。HyperK对超新星的敏感性也在研究之中。
项目地点：预计学生将在日本（东海和/或神冈）度过长达12个月的时间，通常分两次进行，并在光束时间内参与T2K的数据采集轮班。
申请人要求：
候选人应具有良好的粒子物理学知识和编程技能。
资金说明：
STFC的助学金提供给英国学生。非英国学生将需要额外的资金来支付海外费用。优秀的申请人可以获得额外的财政援助。在日本时将提供语言课程，并有奖学金资助。
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