Le Département de Physique Nucléaire
DPhN

Une collision plomb-plomb dans l’expérience ALICE au CERN.

Au sein de l’IRFU, dans le cadre des missions du CEA, le département de physique nucléaire (DPhN) conduit des recherches fondamentales expérimentales et théoriques en physique nucléaire. Le DPhN applique également ses connaissances et son expertise à des mesures et des modélisations pour des sujets de société liés à l’énergie nucléaire, à la conception et au déclassement d’installations.

Objectifs

L’interaction forte, acteur principal de la physique nucléaire, se manifeste à deux échelles successives. La première est celle des assemblages de quarks et de gluons, qu’ils soient déconfinés dans un plasma ou liés dans le nucléon et dans d'autres hadrons. La seconde concerne les assemblages de nucléons qui constituent les noyaux des différents atomes. L’objectif premier du DPhN est l’approfondissement de nos connaissances sur ces systèmes et sur les réactions qui permettent de les étudier.

 

A cet objectif sont associées des questions fondamentales, comme par exemple :

  • Comment se comportent les systèmes très chauds et très denses de quarks et gluons ?
  • Quels sont leurs degrés de liberté microscopiques et leurs excitations ?
  • Comment s’opère le confinement des quarks dans les nucléons ?
  • Peut-on comprendre la structure des hadrons à partir des premiers principes ?
  • Quelle est la force d’interaction entre les nucléons dans le noyau ?

Les activités du DPhN se rassemblent autour de quatre axes de recherche et d’une activité de support en sureté et radioprotection :

L’équilibre entre les différents axes de recherche et les applications, qui se nourrissent et se complètent les uns les autres, est un facteur de dynamisme important pour le département.

 

Installation du détecteur CAMERA dans le hall COMPASS.

Moyens

En 2013, le DPhN rassemble 49 ingénieurs/chercheurs, 3 techniciens et 2 personnels administratifs, auxquels se joignent en moyenne 15 doctorants, 15 post-doctorants et 14 stagiaires. Le personnel permanent du DPhN  comporte  2 directeurs de recherche CEA, 10 experts/experts seniors CEA, et 28 scientifiques habilités à diriger une thèse ou docteurs d’état.

Le DPhN bénéficie de la présence à l’IRFU de services techniques de pointe ce qui lui permet de participer activement au développement et à la réalisation de détecteurs innovants et ainsi d’occuper une place privilégiée dans les collaborations.

Les expériences sont réalisées au sein de collaborations nationales ou internationales, en liaison pour la plupart avec nos partenaires de l’IN2P3, ou dans certains cas avec d'autres directions du CEA. Les principaux laboratoires où les physiciens du DPhN conduisent leurs expériences sont : en France, le Ganil (Caen), l’ILL (Grenoble) et Double Chooz (Chooz); en Europe, le GSI (Allemagne), Geel (Belgique), Jyväskylä (Finlande) ainsi que le Cern (Genève); aux États-Unis, le Jefferson Lab (Virginie), et le MSU (Michigan); au Japon, le RIKEN.

Le DPhN accueille l’Espace de Structure et Réactions Nucléaires Théoriques (ESNT), une entité sans chercheur permanent, financée conjointement par la DRF et la DAM dans le but de favoriser l’activité scientifique entre les différents laboratoires du CEA.  Environ 100 visiteurs viennent chaque année au SPhN pour assister aux ateliers internationaux.

Les analyses des données, ainsi que les activités théoriques, sont menées à Saclay grâce aux moyens informatiques du DPhN et de l'Irfu, ainsi que ceux de gros centres de calculs tels que le CCRT, l’IDRIS, le CC-IN2P3 ou encore de la grille de calcul.

 

Programmes en cours

  • Pour la mise en évidence et la caractérisation du plasma de quarks et de gluons, - cet état de la matière qui aurait existé dans les premières microsecondes après le big bang, - le DPhN participe pleinement à l’aventure scientifique du LHC, à travers l’expérience ALICE. Il est particulièrement impliqué dans l’étude de la production des résonnances J/Psi et dans l’exploitation du bras di-muon.
     
  • La physique hadronique trouve au DPhN des programmes d’excellence concernant la structure du nucléon, tant au CERN/COMPASS qu’au Jefferson Lab. Parmi les questions abordées par les collaborations, le SPhN a un rôle de leadership dans l’étude de la structure en spin du nucléon et la détermination des distributions de partons généralisées (GPD) caractérisant les corrélations des quarks à l'intérieur du nucléon et permettant à terme leur imagerie tridimensionnelle. Nous participons activement à des développements instrumentaux pour ces deux sites expérimentaux, avec un accent particulier sur l’élaboration de détecteurs Micromegas pixélisés (pour COMPASS) ou courbés (pour le trajectographe de CLAS12 dans le Hall B de Jefferson Lab). Ces études expérimentales s’accompagnent par la mise en œuvre d’une plateforme d’analyse et de phénoménologie des GPD et par des calculs QCD sur réseaux.
     
  • Les études de structure nucléaire de basse énergie se concentrent sur les noyaux dans des états extrêmes ; noyaux exotiques, noyaux lourds/superlourds, noyaux déformés en utilisant toute la palette d’accélérateurs d'ions lourds disponibles. De plus, nous participons activement à différents développements expérimentaux tels que le Super Spectromètre Séparateur (S3) de SPIRAL2, le détecteur gamma AGATA et le détecteur de type Micromégas MINOS. En parallèle, le service est impliqué dans des développements théoriques nouveaux - telles que des approches ab-initio -  pour une compréhension plus complète et fondamentale du noyau dans tous ses états.
     
  • Le SPhN réalise des études fondamentales des réactions nucléaires en particulier la fission, la spallation, les réactions de capture et les propriétés des particules de décroissances beta comme les neutrinos de réacteurs. Outre leur aspect fondamental, ces études nourrissent  de nombreuses disciplines/applications telles que la nucléosynthèse (mesure auprès de n_TOF), la sécurité et la non-prolifération (Nucifer), le médical (modèle de spallation), et  les données nucléaires pour l’énergie (SPIRAL2-NFS, ILL, N_ToF, modèles de spallation, de fission).
     
  • Enfin, les activités du Laboratoire d'Expertise en Assainissement et Conception contribuent dans une large mesure à l'expertise de l'IRFU au service des enjeux sociétaux, notamment dans le cadre du démantèlement d’installations existantes (accélérateurs, réacteurs), ou de conception de nouvelles  (accélérateurs, salles expérimentales, lasers de puissance, hôpitaux ...) au profit de l'Irfu et de la DRF, mais également des autres directions du CEA, ainsi que pour le compte de partenaires extérieurs (CNRS, Institut Curie, ENSTA ...).
 

De gauche à droite : dispositif expérimental MUST2 installé au GANIL; détecteur Micromégas courbé pour l’expérience CLAS12 au Jefferson Lab (USA); Calculs de transport de la source de neutrons dans l’installation du CEMHTI (CNRS/Orléans); détecteur Nucifer.

Direction du département : Franck Sabatié, Jacques Ball

 

http://irfu.cea.fr/Sphn/

Maj : 26/07/2017 (7)

Voir aussi
HISPEC/DESPEC :    Proposal for the Design, Construction, Commissioning and Operation of the HISPEC/DESPEC experiment at the Low-Energy Branch of the Super-FRS facility at GSI HISPEC/DESPEC deals with a versatile, high resolution, high efficiency spectroscopy set-up to address questions in nuclear structure, reactions and astrophysics using radioactive beams with energies of 3-150 MeV/u or stopped and implanted beam species. The radioactive beams, which will be delivered by the energy buncher of the Low Energy ... Lire la suite »
Intermediate coulomb excitation of N=Z nucleus at GANIL : The aim of this experiment was to extend our study of shape coexistence in light krypton isotopes to the N=Z nucleus 72Kr. Coulomb excitation of 74Kr and 76Kr at energies below the barrier had been performed earlier using radioactive beams from SPIRAL and the EXOGAM spectrometer. From these experiments both transitional and diagonal quadrupole moments were extracted for yrast and non-yrast states using the code GOSIA. The results confirm the shape coexistence scenario in the light krypton isotopes near the N=Z line ... Lire la suite »
Physique pour le nucléaire au SPhN : Le SPhN met en œuvre ses connaissances, ses techniques et ses compétences sur des questions fondamentales relatives à la transmutation des déchets radioactifs et des applications pour le nucléaire. Ces activités se développent autour de trois thèmes : la mesure et la modélisation des processus de spallation (GSI) ainsi que son application aux sources intenses de neutrons ; les mesures de sections efficaces neutroniques, requises pour qualifier les ... Lire la suite »
Precision measurement of lifetimes in 74, 76Kr using the Recoil-Distance method : The neutron-deficient krypton nuclei at and near the N = Z line exhibit some of the best examples of shape coexistence, i.e. states of different deformation within a small energy range. The systematics of the excited 0+ states that are found throughout the light even-even krypton isotopes suggests that the heavier isotopes 76Kr and 78Kr are prolate in their ground state, that prolate and oblate configurations are almost degenerate in 74Kr, and that the oblate configuration becomes the ground state in self-conjugate ... Lire la suite »
Retour en haut