Département de Physique Nucléaire

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. Après un an d’installation, ce trajectographe est opérationnel et  remplit les caractéristiques attendues avec plus de 95 % d’efficacité de detection et une résolution spatiale de moins de 100μm. Après une prise de données dédiée pour mesurer les réponses des détecteurs, le nouveau spectrometre CLAS12 est à ce jour en prise de données pour l'experience de physique DVCS auquelle participe aussi l'Irfu et dont l'objectif est la mesure de la structure interne du proton en 3 dimensions. 

Ce projet de trajectographe, issu d’une collaboration étroite entre les départements d’ingénierie et de physique de l’Irfu (le DEDIP, le DIS et le DPhN) est une réussite exceptionnelle et a donné lieu à d’autres  projets pour de nombreuses expériences de physique depuis la chasse aux particules au LHC à l'imagerie muonique des pyramides, ainsi qu’à un transfert de savoir-faire à un industriel.

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. Ce type d’aimant, très compact malgré le nombre de fonctions optiques qu’il permet de générer (quadrupôle, sextupôle, octupôle et dipôle), est le premier d’une série de sept à être livré au Ganil.

Le champ magnétique est généré par du conducteur en alliage niobium-titane (NbTi) disposé dans un matrice époxy/fibre de verre, à la température de l’hélium liquide (4,2 kelvins). Les amenées de courant, constituées de deux types de supraconducteur à haute température, sont refroidies à l’azote.

Il s’agit d’un design unique fruit d’une collaboration entre le Ganil, le CEA/Irfu, le laboratoire américain d’Argonne Nat. Lab. et les deux industriels qui ont en charge le prototypage et la série (Advanced Magnet Lab. pour les bobines supraconductrices, Cryomagnetics. Inc pour les cryostats et l’intégration).

Cet élément a été financé par l’EQUIPEX n° 10-EQPX-0046, attribué à S3 par l’Agence Nationale de la Recherche en 2011.

Contacts: Antoine Drouart, Myriam Grar (Ganil) et Hervé Savajols (Ganil)

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. Quelques microsecondes après le Big Bang, l’Univers serait passé par cet état. A cause des interactions entre ses constituants, le QGP s’écoule tel un fluide. Au LHC, les interactions entre constituants du QGP sont si fortes que même des objets aussi massifs que les quarks charmés sont emportés par cet écoulement, comme l’avait suggéré la mesure du flot du J/ψ (particule composée d’un quark charme et de son antiparticule) d’ALICE lors de la première campagne du LHC (voir fait marquant 2013). Ce résultat vient d’être confirmé par la collaboration ALICE grâce aux données de la nouvelle campagne du LHC (2015-2018). La précision obtenue a permis de mettre en évidence la nécessité d’inclure de nouveaux mécanismes dans les modèles théoriques. Le groupe de Saclay a joué un rôle clé dans l’analyse de ces données.

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. La conception de celui-ci constitue un réel défi puisqu’il doit résister à une grande puissance déposée par les faisceaux intenses de Spiral2. Dans ce cadre, l’Irfu a conçu et réalisé un convertisseur capable de soutenir une puissance de 2 kW. Les faisceaux de neutrons de NFS permettront d’obtenir des informations dans un domaine en énergie encore peu exploré. La physique fondamentale, la modélisation des réactions nucléaires et les bases de données nucléaires bénéficieront ainsi d’un outil unique.

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.

L’existence d’un quatrième état du neutrino, appelé neutrino stérile, pourrait expliquer le déficit du flux de neutrinos détecté à courte distance des réacteurs nucléaires par rapport à la valeur attendue. En effet cette anomalie pourrait résulter d’une oscillation à courte distance qui ferait que l'on détecte moins d'antineutrinos electroniques attendus car ils disparaitraient en neutrinos stériles.

Les premiers résultats obtenus en 2018 après 66 jours de données excluent une partie significative de l’espace des paramètres. L’expérience continuera jusqu’à fin 2019 à prendre des données. En multipliant par quatre la statistique et en réduisant au minimum les erreurs systématiques d’analyse, STEREO sera en mesure de trancher sur l’existence de cette 4ieme famille de neutrinos.

¹ 53rd Rencontres de Moriond Electroweak session https://indico.in2p3.fr/event/16579/