Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Il est possible de remonter à la forme d’un tambour à partir de ses modes de vibrations. De manière similaire, il est possible de mesurer la structure 3D du proton en ses composants élémentaires, quarks et gluons, à partir de certaines observables accessibles lors d’expériences de diffusion Compton profondément virtuelle sur le proton.

Suite à une série d’expériences réalisées à Jefferson Laboratory (USA) visant à étudier la diffusion élastique électron-proton, il est apparu que les informations sur la structure du proton n’étaient pas cohérentes selon le type d’expérience effectuée.

Dans sa version la plus courante, l’imagerie muonique est une technique intrinsèquement 2D : en effet les densités mesurées sont intégrées le long de la direction d’observation de l’instrument. En principe, une cartographie 3D peut tout de même être obtenue en combinant plusieurs projections, comme en imagerie médicale.

Predicting properties of, e.g., molecules or atomic nuclei from first principles requires to solve the Schrödinger equation with high accuracy. The computing cost to find exact solutions of the Schrödinger equation scales exponentially with the number of particles constituting the system. Thus, with nuclei composed of tens or hundreds of nucleons, it necessitates accurate approximate methods of lower computing cost.

L'appariement est omniprésent en physique. De la supraconductivité au modèle en couches quantique, le couplage de particules pour former des paires est l'un des moyens préférés par la nature pour réduire l'énergie d'un système.

Prédire les propriétés nucléaires à partir d’une description réaliste de l'interaction forte est au cœur des méthodes dites ab initio utilisées en théorie nucléaire de basse énergie. Les calculs ab initio ont longtemps été limités aux noyaux légers ou aux noyaux avec des nombres spécifiques de protons et de neutrons.

Une collaboration internationale conduite par le CEA-Irfu et l’Institut Riken (Japon) démontre, pour la première fois, la stabilité exceptionnelle du noyau de nickel 78 (très riche en neutrons) et son caractère doublement magique.

La campagne d’expériences 2019 du GANIL démarrera le 1er avril prochain, pour une durée de quatre mois. Cette année, les faisceaux radioactifs retrouvent le chemin de la salle d’expériences G1, après 6 ans d’interruption dus aux améliorations apportées au système de production SPIRAL1.

L’expérience STEREO publie de nouveaux résultats basés sur la détection d’environ 65 000 neutrinos à courte distance du réacteur de recherche de l’ILL-Grenoble. Leur précision améliorée permet de rejeter l'hypothèse d'un 4ème neutrino dans une grande partie du domaine prédit par « l'anomalie neutrino des réacteurs ».

Dans le cadre des améliorations de l’expérience ALICE auprès de l’accélérateur LHC du CERN, un nouveau trajectographe, appelé Muon Forward Tracker (MFT), est en cours de fabrication.

Suite à une étroite collaboration entre deux laboratoires du plateau de Saclay, l’IRFU/DPhN et l’École Polytechnique/LLR, des résultats phénoménologiques importants ont été publiés dans une revue à fort impact [1] dans le but de mieux comprendre les effets de la matière nucléaire sur la production de différentes particules dans les collisions entre un hadron (un pion ou un proton) et un noyau.

Dans un article publié en février 2019 dans la revue Nature [1], la collaboration CLAS de Jefferson Lab (USA) rapporte la première mesure permettant de mettre en lumière le rôle central des paires corrélées de protons et de neutrons dans la modification de la structure en quarks et en gluons de ces derniers.

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.