Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Les oscillations de neutrinos

Les neutrinos sont des particules élémentaires neutres, dont il existe trois sortes. En raison de leurs faibles interactions, la matière leur est pratiquement transparente et de grands détecteurs sont nécessaires pour les observer. Une de leurs particularités est qu’ils peuvent « osciller » en vol, d’une espèce vers une autre. Ces oscillations sont décrites par trois « angles de mélange », dont deux sont grands et ont déjà été mesurés. Le troisième paramètre (appelé ‘thêta un-trois’) est petit, compatible avec zéro, et sa meilleure estimation provient d’une expérience réalisée à Chooz, il y a une dizaine d’année. Le nouveau détecteur Double Chooz est le premier d’une nouvelle génération d’expériences qui cherchent à mesurer ce paramètre fondamental.

L’expérience Double Chooz

En 2003 Le CEA/Irfu et le CNRS/IN2P3 ont  lancer projet Double Chooz. Les deux instituts ont décidé de lancer en septembre 2006 la construction de l’expérience destinée à étudier les neutrinos, ces particules élémentaires produites en abondance dans les étoiles, l’atmosphère, et les coeurs des centrales nucléaires.

L’expérience Double Chooz comportera deux détecteurs identiques. Le premier d’entre eux, situé à une distance d’environ 1 km des réacteurs, a été construit entre 2008 et 2011 sous la coordination technique de l’Irfu. Il est actuellement en prise de données depuis le mois d’avril 2011. Un deuxième détecteur sera situé dans une cavité en creusement sur le site de la centrale de Chooz, à 400 m des cœurs.

Ces deux détecteurs utilisent des scintillateurs liquides spécialement mis au point pour cette expérience. La cible au centre du détecteur contient 10 m³ de scintillateur dopé au gadolinium pour identifier la capture des neutrons directement créés par l’interaction des neutrinos venant des réacteurs nucléaires (ce sont en fait des antineutrinos) La cible est observée par 390 photomultiplicateurs immergés qui traduisent les interactions en signaux électroniques.

Localisation: Centre National de Production d'éléctricité de CHOOZ (Ardennes)

Site Web : www.doublechooz.org 

Durant les dernières décennies, la recherche fondamentale en physique des particules a fait d'énorme progrès et a permis de valider un cadre théorique appelé "Modèle Standard ». Mais il laisse de trop nombreuses questions en suspens : la matière et l’antimatière étant les images symétriques exactes l’une de l’autre, elles auraient dû s’annihiler totalement pour ne laisser que l’énergie. Pourquoi alors reste-t-il un excès de matière qui a pu former les galaxies, le système solaire et … nous-mêmes ? Comment les particules fondamentales ont-elles acquis leur masse, alors qu’elles n’en avaient pas à leur origine ? La mise en évidence de processus nouveaux et de nouvelles particules modifierait notre compréhension de la matière et de l’énergie : en particulier le champ de la particule « boson de Higgs » pourrait avoir conféré leur masse à toutes les autres. D’autres nouvelles particules sont attendues dans le cadre des extensions du modèle standard comme par exemple une particule pour expliquer la matière noire dont l'existence est suggerée par plusieurs mesures astrophysiques et cosmologiques, les particules de la supersymétrie, théorie qui associe à toutes les particules des partenaires, dotées de propriétés différentes mais apparentées ou bien les particules des dimensions supplémentaires de l’espace-temps ou bien encore des trous noirs miniatures.

Les activités d’analyse passées et présentes du groupe CMS de Saclay couvrent plusieurs domaines avec une prédominance pour la physique du boson de Higgs. Les mesures de précision dans le cadre du modèle standard et des recherches de nouvelles particules constituent les autres volets des activités d'analyse du groupe CMS de Saclay.

Pour le détecteur CMS, le groupe de Saclay est responsable de la conception, fabrication et mise en service du système d'étalonnage, par injection de lumière laser, du calorimètre électromagnétique (ECAL) à cristaux de tungstate de plomb et de son suivi en ligne de manière permanente. Il est également responsable du développement, de la mise en service et de la maintenance du dispositif électronique hors détecteur nommé le processeur de lecture sélective pour le calorimètre électromagnétique (SRP – Selective Read-out Processor). Pour chaque événement accepté par le premier niveau du système de déclenchement de l’expérience, le SRP permet d'alléger en temps réel la quantité des données brutes du calorimètre avant leur envoi vers le système d’acquisition.

Concernant les améliorations du détecteur CMS pour la phase haute luminosité du LHC i.e. les upgrades phase 2 du HL-LHC, le groupe CMS de Saclay s'est impliqué dans les études, le développement et la fabrication de l’électronique frontale de la partie tonneau du calorimètre électromagnétique. De plus les calorimètres bouchons de CMS vont être entièrement modifié pour cette phase HL-LHC. En mai 2015 CMS a opté pour un calorimètre dense silicium/tungstène à très haute granularité dit HGCAL résistant aux radiations. Le groupe CMS de Saclay s'est également impliqué dans ce projet en prenant la responsabilité des études et du développement du système électronique de distribution précise de l'horloge du LHC, incluant la partie TDC de l’électronique frontale du HGCAL, ceci afin de garantir la synchronisation des voies électroniques de HGCAL et la détermination précise du temps de vol des particules. Le développement du système de distribution d'horloge peut dépasser le cadre de HGCAL et se généraliser à d'autres détecteurs de CMS. Le groupe CMS de Saclay s'est aussi impliqué dans l’étude des algorithmes des primitives de déclenchement pour les jets dans HGCAL et de leur implémentation dans des firmwares (FPGA).

Enfin, plus récemment, le groupe CMS de Saclay s'est impliqué dans le projet de détecteur de timing qui sera installé entre le trajectographe et le calorimètre. Le groupe a pris la responsabilité des études et du développement du système électronique de distribution précise de l'horloge du LHC ainsi que celle de l'acquisition des données.

Présentation: 

Spiral2 [Spiral: Système de Production d'Ions Radioactifs Accélérés en Ligne] est le nom du dispositif qui produira de nouveaux faisceaux d’ions stables ou radioactifs au Ganil (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds). 

Le Ganil(en 2007) produit  et accélère des faisceaux stables allant du Carbone 12 à l’Uranium; il a deux techniques pour produire des faisceaux radioactifs, soit par fragmentation de faisceaux stables sur des cibles épaisses, soit par la méthode ISOL (Isotope Separation On-Line/Méthode de production, de tri et de sélection des noyaux) utilisée dans le dispositif  Spiral1. Le projet Spiral2 a pour objet de développer le potentiel de production des faisceaux au Ganil : il délivrera avec des intensités accrues les faisceaux actuels et offrira un domaine beaucoup plus vaste d'ions radioactifs. Opérationnel en 2012, il ouvrira un nouvel horizon pour les recherches sur les propriétés nucléaires. Il  offrira ainsi à la communauté internationale (plus de 700 physiciens concernés) des possibilités nouvelles d'exploration de la structure nucléaire: observation des noyaux éloignés de la vallée de stabilité, riches ou déficients en neutrons, mesures de leurs formes, détermination de nouveaux effets de couches nucléaires, formation de nouveaux noyaux très lourds, études des noyaux impliqués dans les processus astrophysiques.

La réalisation de la machine Spiral2 permet de relever un ensemble de défis technologiques, elle marque ainsi une étape intermédiaire importante entre les installations ISOL existantes (Spiral1, Isolde au Cern,...) et les futurs projets comme Eurisol (EURopean Isotope Separation On-Line) en Europe ou RIA (Rare Isotope Accelerator) aux États-Unis.
Spiral2 a été conçu en collaboration par les équipes du Ganil, du CEA/Irfu et des laboratoires du CNRS/IN2P3.
 

Le futur accélérateur linéaire supraconducteur de Spiral2 fournira des faisceaux d’ions lourds stables avec des intensités extrêmement élevées. Ils pourront être employés pour produire des noyaux avec des sections efficaces de production très faibles, comme les noyaux superlourds ou des noyaux très déficients en neutrons. S³ a été conçu pour supporter ces très hautes intensités et sélectionner les noyaux d’intérêt parmi l’écrasante majorité des contaminants pour les identifier et les étudier. L’Irfu est responsable de ligne primaire de sélection et est fortement impliqué dans le dispositif de détection.

Thèmes/programmes : la matière nucléaire dans ses états extrêmes / Structure du noyau / noyaux exotiques

Objectifs

Ce programme expérimental est consacré à l’étude de la structure des noyaux instables, à durée de vie limitée, très riches ou très déficients en neutrons. Cette exploration est menée au moyen de réactions directes qui permettent de déduire les caractéristiques des densités de matière, de transition entre état fondamental et états excités et la structure en couches de noyaux éloignés de la vallée de stabilité, choisis pour leurs propriétés particulières : halo, peau de neutrons, couches présentant de nouveaux nombres magiques.

Caméra installée au foyer du télescope de 3,6m de diamètre du CFHT.

Camera installed on the 3,6m diameter telescope of the CFHT.

Détecter les sursauts gamma de l’univers causés par l’explosion d'étoiles massives ou la fusion d’étoiles à neutrons ou de trous noirs. 

Voir aussi le site Web français : www.svom.fr

Lancée à bord du satellite européen ISO (Infrared Space Observatory) le 17 novembre 1995, Ia caméra ISOCAM est le premier des quatre instruments équipant le satellite pour l'observation du ciel en infrarouge à avoir été activé, une dizaine de jours après sa mise en orbite spatiale.

Depuis sa "première lumière" ISOCAM tient ses promesses et rapporte aux astrophysiciens une belle moisson de résultats. L'observation en infrarouge donne accès à l'univers "froid", une composante que l'on trouve dans presque tous les objets présents dans le ciel : des planètes aux comètes, en passant par les nuages où se forment les étoiles et jusqu'aux galaxies primordiales.

Présentation: 

Spiral2 [Spiral: Système de Production d'Ions Radioactifs Accélérés en Ligne] est le nom du dispositif qui produira de nouveaux faisceaux d’ions stables ou radioactifs au Ganil (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds). 

Le Ganil(en 2007) produit  et accélère des faisceaux stables allant du Carbone 12 à l’Uranium; il a deux techniques pour produire des faisceaux radioactifs, soit par fragmentation de faisceaux stables sur des cibles épaisses, soit par la méthode ISOL (Isotope Separation On-Line/Méthode de production, de tri et de sélection des noyaux) utilisée dans le dispositif  Spiral1. Le projet Spiral2 a pour objet de développer le potentiel de production des faisceaux au Ganil : il délivrera avec des intensités accrues les faisceaux actuels et offrira un domaine beaucoup plus vaste d'ions radioactifs. Opérationnel en 2012, il ouvrira un nouvel horizon pour les recherches sur les propriétés nucléaires. Il  offrira ainsi à la communauté internationale (plus de 700 physiciens concernés) des possibilités nouvelles d'exploration de la structure nucléaire: observation des noyaux éloignés de la vallée de stabilité, riches ou déficients en neutrons, mesures de leurs formes, détermination de nouveaux effets de couches nucléaires, formation de nouveaux noyaux très lourds, études des noyaux impliqués dans les processus astrophysiques.

La réalisation de la machine Spiral2 permet de relever un ensemble de défis technologiques, elle marque ainsi une étape intermédiaire importante entre les installations ISOL existantes (Spiral1, Isolde au Cern,...) et les futurs projets comme Eurisol (EURopean Isotope Separation On-Line) en Europe ou RIA (Rare Isotope Accelerator) aux États-Unis.
Spiral2 a été conçu en collaboration par les équipes du Ganil, du CEA/Irfu et des laboratoires du CNRS/IN2P3.
 

L’Injecteur de protons à haute intensité, Iphi, est un prototype de la partie basse énergie des accélérateurs de future génération à fort courant de protons : 100 mA accélérés jusqu’à 3 MeV.  Iphi se compose d'une source de protons et de son transport de faisceau à basse énergie (95 keV), d'une cavité accélératrice de type RFQ portant l’énergie à 3 MeV et d'une ligne de diagnostics destinée à mesurer avec la plus grande précision possible toutes les caractéristiques essentielles du faisceau en sortie du RFQ. Parallèlement, un prototype de DTL (drift tube linac), cavité adaptée à l’accélération du faisceau issu du RFQ, a été développé. Le projet Iphi est réalisé en collaboration entre la Direction des sciences de la matière (DSM) du CEA, l'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) du CNRS et le Cern. A l’issue des essais prévus à partir de 2006 à Saclay, une partie de Iphi sera transférée au Cern et pourrait à terme être intégrée à l’injecteur du SPL (Superconducting proton linac).