Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Au cours d’une expérience réalisée au GANIL à Caen (France), une équipe internationale, menée par des chercheurs de l’Irfu et de l’Université d’Oslo, a étudié la forme du noyau de Zirconium-98. La forme d’un noyau correspond à la zone où ses protons et neutrons peuvent se trouver.

Dans le cadre du projet de jouvence du spectromètre CLAS en vue de la montée en énergie à 12 GeV du faisceau d’électrons du Jefferson Lab (USA), l’Irfu a mené une R&D pendant plus de 10 ans pour concevoir et réaliser un trajectographe de nouvelle génération, employant des détecteurs Micromegas minces et flexibles qui sont désormais en fonctionnement auprès du nouveau spectromètre CLAS12.

Le premier triplet de multipôles supraconducteurs du spectromètre S3, l’une des salles d’expériences de l’installation Spiral2, est arrivé au Ganil le 29 août 2018. L’aimant, d’une masse de 2,8 tonnes, mesure 1,8 m de long et presque autant de haut.

Dans un article publié en août 2018 dans la revue Nature, la collaboration CLAS de Jefferson Lab (USA) rapporte une étude extensive sur les corrélations de courte portée entre nucléons dans différents noyaux. La conclusion va à l’encontre de l’intuition, indiquant que plus le ratio du nombre de neutrons sur le nombre de protons dans un noyau est grand, plus la vitesse des protons est grande par rapport à celle des neutrons.

Le Ganil (Grand accélérateur national d’ions lourds) réalise sa campagne d’expériences 2018 d’avril à juillet. Pendant les quatre mois de fonctionnement des accélérateurs, des expériences en physique nucléaire, physique atomique et sciences des matériaux seront conduites par des équipes de recherche du monde entier. Des industriels seront également accueillis au Ganil.

NFS (Neutrons For Science) est une aire expérimentale de l’installation Spiral2 (Ganil, France) qui fournira des faisceaux de neutrons de grande intensité pour des énergies allant de 0.5 à 40 MeV. Ces derniers seront créés par collision des faisceaux de particules chargées de Spiral2 avec des cibles de carbone, béryllium ou lithium, grâce à un élément clé de NFS, le convertisseur.

Un programme scientifique important est consacré à la structure tridimensionnelle du proton en termes de ces constituants élémentaires, quarks et gluons. Une nouvelle génération d’installations expérimentales, à Jefferson Lab (US), au CERN, et peut-être plus tard auprès d’un futur collisionneur électrons-ions (EIC), devrait permettre de réaliser une tomographie du proton avec une précision inégalée.

Lors des collisions d’ions lourds ultra-relativistes auprès de l’accélérateur LHC du CERN, un nouvel état de la matière est formé : le plasma de quarks et de gluons (QGP). Il s’agit d’une sorte de “soupe” très dense et très chaude où ne figurent que les constituants les plus élémentaires de la matière.

Une étude théorique récente de l’Irfu a permis d’infirmer un mécanisme lié à la matière noire prétendant expliquer l’anomalie de la durée de vie du neutron. En effet, les contraintes fortes, extraites de ce mécanisme, rendent impossible la prédiction théorique des étoiles à neutrons de 2 masses solaires dont on connait pourtant l’existence.

L’expérience STEREO a présenté ses premiers résultats de physique lors des 53èmes Rencontres de Moriond1. STEREO est un détecteur de neutrinos formé de six cellules de liquides scintillants qui mesure, depuis novembre 2016, les antineutrinos electroniques produits par le réacteur à haut flux de neutrons de Grenoble à 10 mètres du cœur du réacteur.

La collaboration T2K, dont le but est l’étude et la mesure des oscillations de neutrinos, publie de nouveaux résultats sur l’interaction des neutrinos avec les noyaux. Cette étude, dans laquelle le groupe T2K de l’Irfu joue un rôle prépondérant, est capitale dans la mesure où elle permet de contraindre l’incertitude dominante sur les paramètres d’oscillation.

Au cours d’une expérience réalisée auprès de l’accélérateur de l’Australian National University (Canberra, Australie), une collaboration franco-australienne (Ganil Caen, IPN Orsay, Irfu/DPhN Saclay, ANU Canberra) a pour la première fois identifié en numéro atomique Z jusqu’au plutonium (Z=94), et en masse A les fragments créés dans des réactions de quasi-fission.

Le comité européen pour la collaboration en physique nucléaire (NuPECC) a publié le 19 juin dernier son cinquième plan à long terme.

Les physiciens de la collaboration Compass au Cern, dont fait partie une équipe de l’Irfu, viennent de publier les résultats d’une mesure sur la structure en quarks du proton [1] pour le moins originale. Cette mesure, attendue depuis longtemps, tend à confirmer l’une des prédictions de la théorie de l’interaction forte, la Chromodynamique Quantique (QCD).

La collaboration ScanPyramids a découvert un nouveau vide au cœur de la pyramide de Kheops. Ce grand vide a été détecté par des techniques d’imagerie muoniques menées par trois équipes distinctes de l'Université de Nagoya (Japon), du KEK (Japon) et du CEA/Irfu.

A l’initiative de physiciens du DPhN, la collaboration internationale COMPASS au CERN a mené un programme de mesures de haute précision concernant la production de kaons.

Sous la responsabilité de physiciens du CEA Irfu et de RIKEN (Japon), une collaboration internationale des équipes de RIKEN RIBF, de l'Irfu (SPhN, SACM, SEDI) et d'autres groupes européens dont l'IPNO a réalisé la première spectroscopie des isotopes très riches en neutrons 98,100Kr.

Dans un article publié aujourd’hui dans la revue Nature Physics, la collaboration Alice rapporte que les collisions de protons présentent parfois des motifs similaires à ceux observés dans les collisions de noyaux lourds. Ce comportement a été remarqué lors de l’observation d’un nombre accru de hadrons dits "étranges" dans les collisions de protons où un grand nombre de particules sont créées.

Le plasma de quarks et de gluons (QGP) est un nouvel état très dense et chaud où les constituants les plus élémentaires de la matière (quarks et gluons) sont libérés des hadrons où ils se trouvent habituellement confinés.

Une équipe internationale menée par l’Irfu et RIKEN (Japon) a conçu et conduit une expérience pour réaliser la première mesure de la spectroscopie du 110Zr. C’est un noyau clef pour comprendre la structure des noyaux les plus exotiques et la genèse des éléments lourds dans l’univers.

  L’image dynamique de la structure interne du nucléon s’exprime au travers de facteurs de forme électromagnétiques. La diffusion d’électrons permet de caractériser cette matière, dont la concentration à l’intérieur d’un rayon d’environ 1 fm (10-15 m) est loin d’être uniforme.

La collaboration n_TOF, dont l'Irfu et l’IPN Orsay comptent parmi les membres fondateurs les plus actifs, étudie au Cern depuis une quinzaine d'années les réactions entre neutrons et noyaux atomiques, aidant à comprendre comment la matière est structurée et s’organise à l’échelle nucléaire.

Le 3 novembre 2016 le Président de la République Francois Hollande a inauguré l’accélérateur de particules Spiral2 (acronyme de "Système de production d’ions radioactifs accélérés en ligne de 2e génération) au Ganil.

  La collaboration Double Chooz vient de présenter au CERN de nouveaux résultats fondés sur l’apport des données du détecteur « proche » localisé à 400 m des réacteurs nucléaires de Chooz. Ce détecteur permet désormais la mesure la plus précise de la section efficace des antineutrinos de réacteur, avec une incertitude de 1.2%.

Au cœur des dernières innovations pour la détection de particules, l’Irfu a développé des télescopes à muons très performants réalisant des cartographies 2D en densité (ou « muographies ») d’une précision remarquable.

Des physiciens du service de physique nucléaire (SPhN) membres de la collaboration du Hall A au Jefferson Lab (USA), étudient la structure des protons composés de quarks et de gluons décrite par les distributions de partons généralisées. Pour cela un faisceau d'électrons avec une énergie de plusieurs gigaélectronvolts est envoyé sur une cible d'hydrogène liquide.

Une collaboration, menée par les physiciens du GANIL, de l'IN2P3 (CSNSM) et de l'Irfu (SPhN), a étudié les formes des noyaux exotiques autour de N~60, A~100 auprès de l’installation REX-ISOLDE au CERN en utilisant la méthode d'excitation coulombienne.

La découverte des oscillations de neutrinos est une avancée majeure dans l'histoire des particules élémentaires. Ces particules de matière les plus abondantes dans l'univers ont une masse non nulle et les trois états connus de neutrinos se mélangent les uns aux autres pendant leur propagation.  Un travail publié par le CEA-Irfu a déclenché un regain d’activité sur la thématique des neutrinos stériles.

Des travaux sur l’accélérateur de noyaux exotiques ISOLDE du CERN lui ont permis de redémarrer en octobre  2015 avec une énergie augmentée de 2.85MeV/u à 4.3MeV/u. Cette énergie plus élevée permettra d’augmenter les sections efficaces de réactions et ainsi d’étudier des noyaux plus exotiques ou des niveaux d’excitation plus élevés.