Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique

Une équipe commune du service de physique nucléaire (SPhN) et du service d'Electronique des Détecteurs et d'Informatique (Sedi)  de l'Irfu a récemment conçu et testé avec succès un prototype de détecteur gazeux Micromegas doté d’une technique innovante de multiplexage permettant de réduire notablement le nombre de voies d'électronique tout en conservant une excellente résolution spatiale. Ce premier prototype Micromegas de 50x50 cm² est équipé de 1024 pistes mais seulement de 61 voies d’électronique. Ce multiplexage qui a fait l’objet d’un dépôt de brevet permet de diminuer le coût des détecteurs et ouvre la voie à de nombreuses applications en dosimétrie, imagerie médicale et en physique des particules.
 

Après l’accord international en juillet 2012 permettant au projet CTA (Cherenkov Telescope Array) d’entrer en phase de pré-construction, ce dernier vient de passer avec succès, les 7 et 8 février, la première des trois revues qui mèneront à la décision ferme de sa construction. Cette revue examinait les objectifs scientifiques et les concepts techniques du projet.

Ce projet international regroupant 27 pays sera composé de 2 sites d’observation, un dans l’hémisphère sud, un dans l’hémisphère nord. Ce nouvel observatoire comprendra plusieurs dizaines de télescopes dédiés à l'astronomie gamma de très haute énergie et vise à améliorer la sensibilité d'un ordre de grandeur par rapport aux télescopes de la génération actuelle tels que HESS, MAGIC et VERITAS.

Au-delà des résultats garantis en astrophysique des hautes énergies, CTA a un potentiel de découverte dans des domaines clés de l’astrophysique et la physique fondamentale. Parmi eux se trouvent l’origine des rayons cosmiques et leur impact dans l’Univers, la nature des processus d’accélération de particules dans l’Univers, en particulier au voisinage des trous noirs, et l’exploration de la nature ultime de la matière et de la physique au delà du Modèle Standard. Dans la phase de pré-construction, l’irfu est impliqué dans trois éléments opérationnels importants : les miroirs et les caméras des télescopes moyens et le développement des logiciels d’analyse des données.

Le comité de revue, composé de membres extérieurs au projet, a pu confirmer l’importance des enjeux scientifiques, et apprécier l’ampleur et la qualité du travail fourni. Ceci lui a permis de valider cette première étape et de donner rendez-vous au projet en automne 2013 pour la seconde revue qui examinera, au delà des concepts, la façon dont CTA sera construit. Une dernière revue, qui se tiendra en 2014, validera tous les détails nécessaires au démarrage de la construction de CTA, qui pourrait avoir lieu dès 2015. Les observations du ciel avec les premiers télescopes sont alors attendues en 2017, et l’observatoire sera pleinement fonctionnel en 2019.

Le faisceau de positons développé à l’Irfu pour l’expérience GBAR vient de produire ses premiers lots de positronium, une étape importante pour la collaboration GBAR qui vise à produire des atomes d'antihydrogène et à mesurer leur chute libre pour comprendre comment la gravitation agit sur l'antimatièrere.

Produire du positronium est une étape indispensable au projet. Ceci a été possible grace à la mise au point d'une source intense de positons, ce qui interesse plusieurs domaines industriels de pointe. Une start-up est en cours de montage pour exploiter ce concept.

Le spectromètre AGATA (Advanced Gamma Tracking Array) est un spectromètre gamma de nouvelle génération qui permettra de percer les mystères de la structure nucléaire. Il sera à terme composé de 180 cristaux de germanium de très grande pureté. L’Irfu joue un rôle crucial dans la définition des programmes de physique, le management du projet et la construction du spectromètre. L’année 2012 a été une année charnière. Elle a été le témoin de la validation des avancées technologiques mises en place sur le projet, a permis le déménagement du détecteur de Legnaro (Italie) à GSI (Allemagne) pour la réalisation d’une deuxième campagne de physique  et a été une année de référence pour la publication de nombreux articles.

Les neutrinos sont des particules qui interagissent très peu avec la matière. Émis dans les cataclysmes les plus violents de l’Univers, ils pourraient permettre de prouver que ces phénomènes sont aussi à l’origine du rayonnement cosmique, essentiellement des protons, qui bombardent la Terre en permanence. La détection des neutrinos est un défi qu’il n’est possible de relever qu’avec d’immenses détecteurs, protégés de ce même rayonnement cosmique. Antares, installé à 40 km au large de Toulon, s’en protège grâce à un blindage naturel de 2000 mètres d’eau. La lumière produite par le passage des particules est observée par 885 « yeux » répartis dans un volume couvrant quatre fois la surface d’un terrain de football, et aussi haut que la tour Eiffel. Antares, dont l’installation s’est achevée en 2008, observe entre 5 et 10 neutrinos par jour, un taux compatible avec le fond ne neutrinos produits par le rayonnement cosmique dans l’atmosphère. Malgré ce succès expérimental, l’astronomie neutrino ne pourra prendre son essor qu’avec un volume instrumenté des centaines de fois plus important, comportant des dizaines de milliers d’yeux électroniques. C’est dans ce contexte que s’est formé le consortium européen KM3NeT, au sein duquel la prochaine génération de télescope à neutrino a été étudiée, entre 2006 et 2012. Au sein de ce consortium l’Irfu a participé entre autre au développement d’une nouvelle génération de photodétecteurs et en particulier à son électronique de traitement du signal.