Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Les oscillations de neutrinos ont confirmé que ces particules mystérieuses ont une masse, contredisant les prédictions du modèle standard. Le groupe DPhP du CEA Irfu cherche à résoudre ce mystère en observant la très rare désintégration double bêta sans émission de neutrino du noyau de Mo-100 grâce à des bolomètres scintillants. Suite à l'expérience de démonstration CUPID-Mo au laboratoire souterrain de Modane, le groupe a finalisé un modèle de bruit de fond détaillé qui offre une grande précision pour l'étude de la désintégration 2v2β. Le modèle permet ainsi d’obtenir l’indice de bruit de fond le plus bas jamais obtenu par la communauté scientifique pour une expérience bolométrique 0ν2β.

Pour atteindre l’objectif de 10^-4 coups/keV/kg/an nécessaire à la détection de cette désintégration extrêmement rare, l'expérience CUPID a, en complément, adopté une nouvelle technologie de détecteur : les détecteurs de lumière Nefanov-Trofimov-Luke (NTL) afin d'améliorer la réjection du bruit de fond. Une mesure, avec 10 détecteurs de lumière identiques couplés à des cristaux de Li₂MoO₄ et de TeO₂, a été réalisée au laboratoire souterrain de Canfranc et a démontré l'applicabilité de cette technologie aux détecteurs de CUPID. Compte tenu de la combinaison du faible bruit de fond, de la capacité de discrimination des particules, de l’efficacité élevée et de la haute résolution en énergie, CUPID est reconnue comme l'une des expériences de recherche de 0ν2β les plus prometteuses de la prochaine génération. Après une revue de validation, l'expérience commencera sa phase de production et de construction pour obtenir un détecteur complet à partir de 2029.

La collaboration GBAR, dans laquelle l’IRFU contribue de façon majeure, a présenté aux conférences de Moriond en mars 2023 le résultat de sa première prise de données au CERN fin 2022. Elle a pour la première fois observé la production d’atomes d’anti-hydrogène issus de l’interaction d’un faisceau d’antiprotons fournis par l’Antiproton Decelerator (AD) du CERN et décélérés à une énergie de 6 keV, avec un nuage de positronium fabriqué localement dans l’expérience. GBAR rejoint ainsi le club très select des expériences qui ont réussi la synthèse d'atomes d’anti-hydrogène !

Le but ultime de l’expérience GBAR est de mesurer l’accélération d’un atome d’anti-hydrogène dans le champ de gravité terrestre, et de la comparer à celle de la matière ordinaire. Le Principe d’Équivalence, à la base de la Relativité Générale d’Einstein, affirme que toutes les formes de matière et d’énergie se comportent de la même façon vis-à-vis de la gravité. Depuis Galilée, les expériences de chute des corps ont testé ce principe pour différents éléments chimiques de la matière ordinaire, le confirmant avec un accord de plus en plus précis. Récemment, l’expérience sur satellite MICROSCOPE l’a vérifié avec une incertitude remarquable d’une partie pour 3x10¹⁵. Mais l’action de la gravité sur l’antimatière n’a encore jamais pu être mesurée ! Plusieurs arguments indirects suggèrent que l’antimatière devrait respecter le Principe d’Équivalence, et donc devrait « tomber » vers la Terre comme la matière. Cependant la relation entre matière et antimatière est intrinsèquement quantique, et la théorie de la gravitation ne fait pas bon ménage avec la théorie quantique. Ainsi seule la mesure expérimentale peut permettre de lever ce doute. Bien entendu on attend d’abord la mesure du signe, c’est-à-dire de savoir si l’antimatière « monte » alors que la matière « tombe ». Mais même une petite différence quantitative entre l’accélération de l’antimatière et celle de la matière lors d’une chute libre constituerait une révolution pour la physique.

La collaboration ATLAS a annoncé à la conférence Moriond l’observation de la production simultanée de quatre quarks top. C’est un des processus les plus rares et les plus lourds jamais observé au Large Hadron Collider (LHC). Cette mesure, coordonnée par l’Irfu, permet de tester le modèle standard de la physique des particules dans ses prédictions les plus complexes.

Lien vers la publication de la collaboration Atlas

Les anomalies des antineutrinos de réacteur sont une énigme en physique du neutrino qui dure depuis une dizaine d’années. Elles se manifestent par des déviations de l’ordre de quelques pourcents entre les mesures et les prédictions. Ces déviations ont été observées dans le nombre d’antineutrinos mesurés par plus d’une dizaine d’expériences auprès de réacteurs nucléaires, et dans la forme des distributions en énergie cinétique, par les sept plus récentes. Elles auraient pu être la voie vers une nouvelle physique au-delà du modèle standard, mais les expériences récentes, dont l’expérience STEREO portée par l’Irfu, ont refermé cette porte.

Dans un travail qui vient d’être publié dans Physical Review Letter [1], une équipe composée de physiciens de l’Irfu et du Laboratoire National Henri Becquerel de DRT a mis en évidence que ces anomalies pourraient provenir de biais dans les mesures d’électrons de fission ayant servi de référence à la prédiction. Ils ont développé un modèle de fonction force bêta permettant de réduire les biais dans le calcul des spectres d'énergie des électrons issus de la fission de noyaux fissiles des réacteurs. Les deux "anomalies" sur le flux des antineutrinos et la "bosse" à 5 MeV dans le spectre d'energie des antineutrinos sont désormais reproduits par leur modèle. Ceci permet donc de proposer une explication pour résoudre une énigme de plus de 10 ans.

Les résultats finaux de l’expérience Stereo viennent d’être publiés dans le journal Nature. Un record de précision est établi pour le spectre des neutrinos émis par la fission de ²³⁵U, mesuré entre 9 et 11m de distance du cœur du réacteur de l’ILL à Grenoble. L’hypothèse d’un neutrino stérile pour expliquer l’anomalie des neutrinos de réacteur est rejetée. La qualité de ces mesures directes en neutrino surpasse à présent celles des données nucléaires sous-jacentes qui décrivent les désintégrations bêta des produits de fissions. Stereo fournit à la communauté un spectre neutrino de fission corrigé de tous les effets de détection, qui servira de référence aux prochaines expériences auprès des réacteurs et qui pointe les biais résiduels des bases de données nucléaires.

L’expérience Stereo vient de boucler une belle aventure scientifique qui commence en 2011 avec la révélation par le groupe de l’Irfu de « l’anomalie des antineutrinos de réacteurs ». Les physiciens se retrouvaient avec un déficit significatif de 6% entre le flux de neutrinos mesuré auprès des réacteurs et le flux prédit. L’histoire des sciences nous a assez enseigné la potentielle richesse des nouveaux phénomènes qui peut se cacher derrière une anomalie. En l’occurrence ce qui se tramait ici était l’existence possible d’un nouveau type de neutrino qui ouvrirait un secteur de physique au-delà du modèle standard. Sans aucune interaction directe avec la matière, ce neutrino, qualifié de « stérile », pourrait cependant se mélanger avec les neutrinos « standards» et trahir ainsi son existence à travers … un déficit de taux de comptage dans nos détecteurs.

Le CEA et le DOE entretiennent une longue et fructueuse collaboration dans de nombreux domaines, notamment la fusion, la physique des hautes énergies et la physique nucléaire. Les collaborations portent actuellement sur des projets liés à la fusion, à la physique des hautes énergies et à la physique nucléaire.

Lundi 13 novembre 2023, Le CEA et le DOE a signé une déclaration d'intention pour renforcer leur collaboration dans le domaine de la science et de la technologie des accélérateurs et des détecteurs, en vue de la construction du collisionneur électron-ion (EIC) basé au Brookhaven National Laboratory.

La dernière décennie a vu une évolution rapide du paysage de la neutronique en France et en Europe, en raison de la mise à l'arrêt de nombreux réacteurs de recherche. Pour pallier le manque de neutrons résultant en France, le développement de sources de neutrons compactes pilotées par accélérateur (CANS) est actuellement à l’étude au CEA, notamment dans le cadre des projets IPHI-Neutrons et ICONE. Le développement de ces CANS nécessite de disposer d'outils de simulation de type Monte-Carlo capable de simuler toute l’expérience. Sous l'impulsion du DPhN de l'Irfu, et en collaboration avec l'Isas (DES) et l'Université de Prague, un important travail de remise à niveau du code Geant4 a été effectué depuis 2018 ciblant le traitement des interactions neutroniques pour différentes gammes d'énergie du neutron (prise en charge des liaisons moléculaires des noyaux cibles, élargissement Doppler des sections effi-caces, etc.). Ces travaux, intégrés dans les versions récentes officielles de Geant4, ont alors permis de concevoir le code TOUCANS, en support du développement des CANS. Doté d'une interface utilisateur simple, TOUCANS permet de simuler facilement des dispositifs expérimentaux complexes, et a d'ores et déjà été mis en œuvre afin d’optimiser les sources neutrons IPHI-Neutrons, ICONE et IFMIF-DONES ainsi que l’expérience de physique fondamentale CRAB, pour la détection de neutrinos. Il est prévu de rendre TOUCANS libre d’accès prochainement, afin qu'il soit accessible au plus grand nombre. Le résultat de ces travaux ont été publiés dans [1,2,3,4].

La dernière pièce d'une longue aventure commencée en 2014 avec une expérience menée par l'Irfu et le RIKEN Nishina Center a été posée avec la publication d'un article contenant l'étude comparative de la corrélation dineutrons dans ¹¹Li, ¹⁴Be et ¹⁷B [1]. Cet article publié dans Phys. Lett. B complète une série de publications sur le sujet [2,3] issues de la même expérience utilisant le dispositif MINOS  conçu et construit à l'Irfu. Cette corrélation est proposée comme une caractéristique universelle des noyaux à halo borroméen.

La prédiction des propriétés nucléaires fondée sur une description réaliste de l'interaction forte est le principal objectif de la théorie nucléaire à basse énergie. L'un des problèmes réside dans le coût de la résolution de l'équation de Schrödinger qui augmente de façon exponentielle avec le nombre de nucléons. Par conséquent, les prédictions théoriques reponsant sur les premiers principes ont longtemps été limitées à des noyaux très légers, à des noyaux avec des nombres spécifiques de protons et de neutrons offrant des simplifications ou à leurs états fondamentaux. Bien que l'affranchissement de chacune de ces trois contraintes séparément soit en cours, leur dépassement simultané constitue actuellement un enjeu clé du domaine. En utilisant un nouveau formalisme à N corps [1] récemment développé par la collaboration PAN@CEA ("Problème à N corps au CEA") (DRF-DAM-DES), le calcul ab initio des excitations collectives, c'est-à-dire des rotations et des vibrations nucléaires, dans tous les noyaux de masse moyenne devient possible pour la première fois [2,3]. Ce travail ouvre la voie à des prédictions à grande échelle des propriétés nucléaires depuis les premiers principes.

Les anomalies des antineutrinos de réacteur sont une énigme en physique du neutrino qui dure depuis une dizaine d’années. Elles se manifestent par des déviations de l’ordre de quelques pourcents entre les mesures et les prédictions. Ces déviations ont été observées dans le nombre d’antineutrinos mesurés par plus d’une dizaine d’expériences auprès de réacteurs nucléaires, et dans la forme des distributions en énergie cinétique, par les sept plus récentes. Elles auraient pu être la voie vers une nouvelle physique au-delà du modèle standard, mais les expériences récentes, dont l’expérience STEREO portée par l’Irfu, ont refermé cette porte.

Dans un travail qui vient d’être publié dans Physical Review Letter [1], une équipe composée de physiciens de l’Irfu et du Laboratoire National Henri Becquerel de DRT a mis en évidence que ces anomalies pourraient provenir de biais dans les mesures d’électrons de fission ayant servi de référence à la prédiction. Ils ont développé un modèle de fonction force bêta permettant de réduire les biais dans le calcul des spectres d'énergie des électrons issus de la fission de noyaux fissiles des réacteurs. Les deux "anomalies" sur le flux des antineutrinos et la "bosse" à 5 MeV dans le spectre d'energie des antineutrinos sont désormais reproduits par leur modèle. Ceci permet donc de proposer une explication pour résoudre une énigme de plus de 10 ans.

Après plusieurs années de mise au point à Saclay, la première partie du spectromètre Falstaff a été déménagée à Ganil en 2021 puis installée sur NFS pour l’étude de l’uranium 235. L’expérience qui a eu lieu en novembre et décembre 2022 était la première à utiliser une cible d’actinide sur Spiral2. Elle a démontré les bonnes performances de ce dispositif.

Les résultats finaux de l’expérience Stereo viennent d’être publiés dans le journal Nature. Un record de précision est établi pour le spectre des neutrinos émis par la fission de ²³⁵U, mesuré entre 9 et 11m de distance du cœur du réacteur de l’ILL à Grenoble. L’hypothèse d’un neutrino stérile pour expliquer l’anomalie des neutrinos de réacteur est rejetée. La qualité de ces mesures directes en neutrino surpasse à présent celles des données nucléaires sous-jacentes qui décrivent les désintégrations bêta des produits de fissions. Stereo fournit à la communauté un spectre neutrino de fission corrigé de tous les effets de détection, qui servira de référence aux prochaines expériences auprès des réacteurs et qui pointe les biais résiduels des bases de données nucléaires.

L’expérience Stereo vient de boucler une belle aventure scientifique qui commence en 2011 avec la révélation par le groupe de l’Irfu de « l’anomalie des antineutrinos de réacteurs ». Les physiciens se retrouvaient avec un déficit significatif de 6% entre le flux de neutrinos mesuré auprès des réacteurs et le flux prédit. L’histoire des sciences nous a assez enseigné la potentielle richesse des nouveaux phénomènes qui peut se cacher derrière une anomalie. En l’occurrence ce qui se tramait ici était l’existence possible d’un nouveau type de neutrino qui ouvrirait un secteur de physique au-delà du modèle standard. Sans aucune interaction directe avec la matière, ce neutrino, qualifié de « stérile », pourrait cependant se mélanger avec les neutrinos « standards» et trahir ainsi son existence à travers … un déficit de taux de comptage dans nos détecteurs.

Une équipe internationale pilotée par des chercheurs français, dont ceux du DAp, publie le 28 novembre 2023 dans l’Astrophysical Journal une compilation de 340 pulsars vus en rayons gamma (30 MeV – 30 GeV) avec le télescope spatial LAT sur le satellite Fermi de la NASA.

Avant la mise sur orbite de Fermi en 2008, seulement 11 pulsars étaient connus en rayons gamma. Ce nouveau catalogue réunit la totalité des caractéristiques de tous les pulsars gamma connus. Il contient une richesse d’information sur les mécanismes, mal connus aujourd’hui, de comment se génèrent les faisceaux des pulsars. Cette mine d’informations centralisées favorise l’exploration de nouvelles pistes pour les théoriciens qui essaient de comprendre ces phénomènes.

Astrophysical Journal Supplement 2023, Smith et al, The Third Fermi Large Area Telescope Catalog of Gamma-ray Pulsars

Antoine Strugarek, astrophysicien au Département d’Astrophysique de l’Irfu, est lauréat d’un contrat ERC Consolidator. Le coeur de son projet ExoMagnets est la compréhension du couplage magnétique entre une exoplanète et son étoile et donc du champ magnétique des exoplanètes, ce dernier étant primordial pour l’habitabilité d’une planète.

Le projet ExoMagnets a pour ambition de développer de nouvelles théories et des simulations à haute performance en utilisant les infrastructures de calcul exa-scale à venir afin d'exploiter les observations existantes et futures du magnétisme des exoplanètes lointaines.

Le consortium de laboratoires qui a développé l’instrument MIRI du JWST bénéficie de temps garanti d’observations. Le Département d’Astrophysique du CEA qui fait partie du consortium a défini et coordonne le programme d’observations des exoplanètes. Parmi les objets sélectionnés, quelques naines brunes qui sont d’excellents proxy pour étudier les exoplanètes géantes, notamment celles qui orbitent loin de leur étoile, bien plus loin que les planètes de notre système solaire. En effet les processus physiques et chimiques qui régissent les naines brunes sont très semblables. Les premiers résultats concernant la naine brune froide W1828 viennent d’être publiés dans la revue Nature. En pointant le télescope spatial James Webb (JWST) vers cet objet, une équipe de chercheurs incluant des chercheurs du DAp-AIM, a pu mesurer avec l’instrument MIRI et, pour la première fois, les isotopologues de l'ammoniac dans l'atmosphère d'une naine brune froide, ouvrant la voie vers une meilleure compréhension de la formation des exoplanètes

Ces résultats ont été publiée dans la revue Nature.

Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par le Département d’Astrophysique du CEA, a observé pour la première fois en infrarouge moyen l'atmosphère enflée de l'exoplanète WASP-107b grâce au télescope spatial James Webb.

Si de la vapeur d'eau a bien été détectée, celle-ci est accompagnée de dioxyde de soufre (SO₂) et de nuages de silicates (que l'on peut voir comme des nuages de sable) et non de méthane (CH₄) comme les modèles le prédisaient. La détection de dioxyde de soufre peut s'expliquer par des réactions photochimiques en très haute atmosphère due à la forte irradiation par les photons de l'étoile. Et pour cause, la planète est extrêmement proche de son étoile, elle orbite en seulement cinq jours autour d'elle. L'absence de méthane est à ce jour inexpliquée et va nécessiter de repenser les modèles et donc les mécanismes physiques et chimiques à l'œuvre dans cette atmosphère. La détection de nuages de silicates dans une planète de faible masse comme une Neptune est une première !

Ces découvertes montrent donc que si l'environnement de la planète compte, en particulier l'irradiation de son étoile, la prise en compte de la dynamique de l’atmosphère va devenir de plus en plus indispensable pour comprendre les atmosphères exoplanétaires.

Les résultats de l'étude sont publiés la revue Nature: Dyrek, A., Min, M., Decin, L. et al.  "SO₂, silicate clouds, but no CH₄ detected in a warm Neptune". Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06849-0

L’ESA a sélectionné la mission THESEUS (Transient High Energy Sky and Early Universe Surveyor) comme mission candidate de catégorie moyenne. Theseus est la suite naturelle de la mission franco Chinoise SVOM, qui sera lancée début 2024 (pour 5 ans d'exploitation) et dans laquelle l’Irfu joue aussi un rôle de premier plan.

THESEUS a été choisie parmi 27 missions, avec Plasma Observatory (étude de la magnétosphère terrestre) et M-MATISSE (étude de l’atmosphère et magnétosphère de la planète Mars), pour une étude préliminaire d’une durée de trois ans (2024-2026), au bout de laquelle une de trois missions sera réalisée pour un lancement en 2037.

Le CEA/Irfu jouera un rôle de premier plan dans la mission étant à la tête (PI) du consortium international (qui inclut INAF Italie, Université de Genève, LAM Marseille, IJClab Orsay) chargé de développer et livrer un des 3 instruments du satellite: l'IRT (Infra-Red Telescope) et plus particulièrement de la caméra placée à son foyer.

Pour révéler l’influence des composantes sombres de l'Univers, Euclid va, au cours des six prochaines années observer les formes, les distances et les mouvements de milliards de galaxies. Cette cartographie s’étendra sur des époques remontant aux 10 derniers milliards d’années de l’histoire cosmique afin de mieux comprendre où, quand et comment agissent l'énergie et la matière sombres, deux composantes clefs de l'univers encore mystérieuses.

En prélude à la mission, il a été décidé d’illustrer les capacités scientifiques et instrumentales du satellite à travers une série d’images de l’Univers proche. Jean-Charles Cuillandre, astronome au département d’astrophysique du CEA-Irfu a mené cette campagne « ERO » (Early Release Observations) de plusieurs mois, avec un groupe de scientifiques de la collaboration Euclid et de l’ESA, depuis le choix des cinq sources astrophysiques jusqu’au traitement des images, des données brutes aux images analysées et combinant les réponses des instruments VIS (lumière visible) et NISP (en infrarouge proche).

Une équipe internationale de scientifiques incluant un chercheur du département d’Astrophysique de l’Irfu a utilisé plusieurs télescopes spatiaux et terrestres, notamment le télescope spatial James Webb et le « Very Large Telescope » de l’Observatoire Européen Austral, afin d’observer un sursaut gamma exceptionnellement brillant détecté le 7 mars 2023, GRB 230307A , et identifier la fusion d'étoiles à neutrons qui a généré l’explosion responsable du sursaut. Le télescope Webb a notamment permis aux scientifiques de détecter l’élément chimique du tellure à la suite de l’explosion. Cette découverte conforte l’hypothèse selon laquelle les fusions d’étoiles à neutrons constituent une des principales sources de production et d’expulsion dans le milieu interstellaire de certains des éléments les plus lourds connus dans l’Univers.

Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature du 25 octobre 2023 (Levan et al.).Heavy element production in a compact object merger observed by JWST | Nature

Pour la 17ème édition du Prix Jeunes Talents France, la Fondation L’Oréal a récompensé 35 brillantes jeunes chercheuses sélectionnées en France parmi 618 candidatures éligibles par un jury d’excellence composé de 32 chercheurs de l’Académie des sciences. Au département d'astrophysique de l'Irfu, Achrène Dyrek a reçu ce prix pour la physique.

Achrène Dyrek est fraichement docteure en astrophysique. Elle a débuté sa thèse en 2020 au Département d’Astrophysique (DAp) du CEA, sous la supervision de Pierre-Olivier Lagage. Durant ces années, elle s’est dédiée à l’étude des atmosphères planétaires vues par le James Webb Space Telescope (JWST – NASA/ESA/CSA), en utilisant l’instrument en infrarouge moyen MIRI (Mid-InfraRed Instrument), développé au DAp.

Le télescope Fermi-LAT poursuit son relevé systématique en rayons γ

Le satellite Fermi de la NASA a été lancé en juin 2008, et le télescope Fermi-LAT effectue un relevé systématique en rayons γ d’énergies proches du GeV couvrant la majorité du ciel toutes les 3 heures (et tout le ciel en au plus une semaine) depuis août 2008.

La question de notre place dans l’Univers : "où sommes-nous dans l’Univers ?" est une question fascinante, à l’origine de l’une des sciences parmi les plus anciennes : la Cosmographie, la cartographie du Cosmos. Grâce à une méthode fondée sur l'étude des champs de vitesses des galaxies mesurées par différents télescopes, les cosmographes, constitués d’une équipe de chercheurs du CEA, de l’université de Hawaii et de l’université du Queensland, reconstruisent la toile cosmique de notre Univers proche et y dévoile son architecture révélant de grandes structures de superamas de galaxies, mais aussi de grands vides, façonnés par la gravitation [1].

Daniel Pomarède, de l’Irfu, est en charge de la cartographie des catalogues Cosmicflows et de leur visualisation 3D et interactive depuis 2010. Entre 2014 et aujourd’hui, leur catalogue est passé de 8000 à 30 000 galaxies et la carte s’agrandit avec l’inclusion d’un catalogue de galaxies mesuré par la collaboration SDSS [2].

Avec leur dernier catalogue Cosmicflows-4, ils viennent de découvrir une immense bulle de galaxies, un nouveau fossile des débuts de notre Univers, datant de la même époque que le rayonnement fossile du fond diffus cosmologique. C’est la première fois qu'un vestige d’une onde, témoin de l’univers primordial, a été mesuré individuellement dans la distribution des galaxies. 

Ces résultats viennent de paraitre dans The Astrophysical Journal.

“Ho’oleilana: An Individual Baryon Acoustic Oscillation?” by R. Brent Tully, Cullan Howlett, and Daniel Pomarède, The Astrophysical Journal, Volume 954, Number 2 https://doi.org/10.3847/1538-4357/aceaf3 

Le satellite Euclid, lancé de Cap Canaveral le 1er juillet,  voyage pour atteindre son orbite au deuxième point de Lagrange qu’il devrait atteindre début août. Ce temps de transit a été mis à profit pour mettre Euclid en service, en vérifiant les services du satellite tels que les communications, l'alimentation et le pointage, puis les deux instruments VIS et NISP, ainsi que le réglage de la mise au point du télescope. Les équipes chargées des instruments viennent de publier les premières images "brutes" (sans traitement) pour marquer la réussite de la mise en service des instruments.

Marc Sauvage (astrophysicien au DAp/Irfu et un des deux représentants francais au conseil du consortium d'Euclid) :"Ces images correspondent parfaitement à ce que nous avions simulé, mais dans une simulation on sait que tout ce qu’on voit à été mis là exprès, donc d’une certaine façon c’est sans surprise. Là, tout ce qu’on voit est réel, rien de ce qu’on voit n’était connu à ce niveau de détail, ça nous donne envie de regarder dans tous les coins, d’agrandir tout pour voir le plus de détails possibles. Et comme il y a énormément de détails rien que sur ces deux images, ça en devient vertigineux!"

Michel Berthé (chef de projet Euclid au DAp/Irfu): « Je suis réellement émerveillé par la beauté de ces images et la quantité d’information que l’on peut y trouver. Nous ne sommes qu’au tout début de l’analyse de ces premiers résultats mais ceux-ci sont déjà très prometteurs.

Toutes les équipes du CEA qui ont travaillé depuis plus de 10 ans à le conception, la réalisation et aux essais des éléments que nous avons fournis pour les 2 instruments VIS et NISP sont particulièrement fières ce ces premiers résultats qui démontrent le fonctionnement nominal de nos fournitures ainsi que de l’ensemble du satellite »

Samedi 1er juillet 2023, le satellite Euclid a été lancé par une Falcon 9 de SpaceX depuis la base spatiale de Cap Canaveral en Floride. Euclid est maintenant en route pour le second point de Lagrange à 1,5 million de kilomètres de la Terre où il observera pendant 6 ans des milliers de galaxies.

Lire le communiqué de presse

À l'aide du télescope spatial James Webb, un groupe d'astronomes dirigé par le MPIA (Max Planck Institute for Astronomy), en collaboration avec une équipe du Département d'Astrophysique du CEA Paris-Saclay, a recherché une atmosphère sur l'exoplanète rocheuse TRAPPIST-1 c. Bien que la planète soit presque identique à Vénus en terme de taille et de température, son atmosphère s'est révélé très différente. En analysant la chaleur émise par la planète, ils ont conclu qu'elle pourrait n'avoir qu'une atmosphère ténue contenant un minimum de dioxyde de carbone. Toutefois, cette mesure est également compatible avec une planète rocheuse stérile dépourvue d'une atmosphère significative. Ces travaux nous permettent de mieux comprendre comment les atmosphères des planètes rocheuses en orbite autour d'étoiles de faible masse peuvent résister aux vents stellaires puissants et au rayonnement UV intense.

Les résultats sont présentés dans la revue Nature

L'Univers est immensément grand, et il le devient de plus en plus. Pour étudier l'énergie noire, la force mystérieuse à l'origine de l'accélération de l'expansion de notre Univers, les scientifiques utilisent le grand relevé Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) pour cartographier plus de 40 millions de galaxies, de quasars et d'étoiles. Aujourd'hui, la collaboration a rendu public son premier lot de données, avec près de 2 millions d'objets astrophysiques à étudier par les chercheurs. Elle publie aussi 15 articles sur l'étude scientifique de ces données et sur l'instrument, les opérations et la validation de la stratégie d'observation du relevé. (communiqué de presse Berkeley lab)

L'ensemble de données (80 téraoctets) provient de 2 480 expositions prises pendant six mois au cours de la phase dite de "validation du relevé" en 2020 et 2021 et traitées en langage python sur le supercalculateur du National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC, Berkeley, USA). Au cours de cette période, entre la mise en route de l'instrument et le début de la campagne scientifique officielle, les chercheurs se sont assurés que les performances de l’instrument répondraient à leurs objectifs scientifiques - par exemple, en vérifiant le temps nécessaire pour observer des galaxies de luminosités différentes et en validant la sélection des objets astrophysiques comme les galaxies, les quasars et les étoiles à observer.

Le 9 Octobre 2022 à 13h16 et 59.99 secondes, une bouffée de lumière gamma, appelée sursaut gamma (GRB) a ébloui la quasi-totalité des détecteurs de rayons X et gamma disponibles à ce moment-là. Depuis leur découverte, ces événements font l’objet d’un suivi continu grâce à des observations multi-longueurs d’onde par des télescopes dans l’espace et au sol. Ce sursaut baptisé GRB221009A a secoué la communauté mondiale des astrophysiciens qui mènent depuis leur analyse pour comprendre les phénomènes physiques qui ont déclenché cette bouffée d’énergie la plus intense de notre histoire. 

Découverte en 2009, l'exoplanète GJ1214b orbite autour d'une petite étoile située à seulement 40 années-lumière de nous. Avec une masse environ six fois supérieure à celle de la Terre et une atmosphère constituée d’hydrogène et d’hélium, elle est considérée comme un "mini-Neptune".

Une équipe de la NASA, en collaboration avec des chercheurs du CEA Paris-Saclay, ont pointé le JWST vers la planète en utilisant l'instrument MIRI, réalisé par le CEA Paris-Saclay, durant une quarantaine d’heures. Cette observation inédite a permis d'obtenir pour la première fois la courbe de phase d’une exoplanète avec MIRI, c'est-à-dire le suivi complet de la rotation de la planète autour de son étoile.

Suivre ainsi l'évolution de l'émission du système exoplanète-étoile, a permis à l'équipe de chercheurs de déterminer la température de la planète avec une très bonne précision, à 9° près : 280°C côté jour et 164°C côté nuit. En comparant les observations aux modèles d’atmosphères, les chercheurs en déduisent que 1. Le faible écart de température entre les deux faces en dépit du fait que la planète soit en rotation synchrone signifie qu’il y un bon échange d’énergie entre les faces dû à une atmosphère dense. 2. La relative faible température côté jour au regard de la proximité de la planète à son étoile indique qu’une grande partie du rayonnement stellaire est réfléchie par une couche d’aérosols en haute atmosphère de l’exoplanète. Le type d’aérosol avec une telle propriété n’a pas encore pu être déterminé. 3. L’atmosphère contient beaucoup d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, probablement de l’eau en abondance.

Les résultats sont publiées dans la prestigieuse revue Nature.

L’European Research Council (Conseil européen de la recherche) vient d’annoncer les noms des lauréats de la bourse « Advanced Grant ». Cette édition 2023 récompense notamment deux chercheurs de la recherche fondamentale du CEA pour leurs travaux dans les domaines de l’astrophysique et en neuroscience. Anaëlle Maury est porteuse du projet PEBBLES. Ce projet consiste à développer une méthodologie novatrice pour caractériser les propriétés de la poussière autour de très jeunes étoiles en train de former leurs disques proto-planétaires. La poussière est l’un des éléments clefs dans les processus physiques régulant la formation des étoiles et de leurs cortèges planétaires, mais de récentes observations bouleversent les modèles utilisés jusqu’à présent pour décrire son évolution depuis les grains submicroniques aux graines de planètes. Observer et modéliser les propriétés des grains de poussières lors des phases les plus précoces de formation des disques promet ainsi de grandes découvertes sur les conditions menant à la formation de systèmes solaires tels que le nôtre. Grâce à PEBBLES, les équipes utiliseront de nouveaux modèles de poussières mieux adaptés à des milieux astrophysiques plus denses et les utiliseront en comparaison aux observations des missions spatiales et observatoires au sol depuis l’infrarouge jusqu’au millimétrique.

Une équipe internationale de chercheurs a utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA pour mesurer la température de l'exoplanète rocheuse TRAPPIST-1 b. Il s'agit de la première détection au monde de l’émission thermique d’une exoplanète rocheuse aussi petite et aussi "froide" que les planètes rocheuses de notre propre système solaire. TRAPPIST-1 b reçoit environ deux fois plus de quantité d'énergie que Venus reçoit du Soleil et en reçoit quatre fois plus que la Terre. Le résultat indique que le côté jour de la planète a une température d'environ 227 °C (500 kelvins) et suggère qu'elle n'a pas d'atmosphère significative. L’étude est co-signée par trois chercheurs du DAp et viennent d’être publiés dans la revue Nature ce lundi 27 mars.

Les magnétars sont des étoiles à neutrons connues pour leur grande variété d’émissions électromagnétiques provenant de la dissipation de leurs champs magnétiques extrêmes, lesquels sont les plus forts connus dans l’Univers et peuvent atteindre 10¹⁵ Gauss, soit 10 milliards de fois celui de l’aimant le plus fort créé par l’être humain.
Comment ces champs magnétiques ont-ils pu se former ? C’est là une des questions ouvertes à laquelle une équipe franco-allemande menée par l’équipe supernovae du Département d’Astrophysique (DAp) du CEA Paris-Saclay, a récemment essayé de répondre en proposant une modélisation numérique d’un nouveau scénario de formation des magnétars dans une étude publiée dans le journal scientifique « Astronomy and Astrophysics ».
Ce scénario soutient que la matière retombant sur l’étoile à neutrons quelques secondes après sa formation peut déclencher un effet dynamo dit de Tayler-Spruit qui amplifierait son champ magnétique, et ce indépendamment de sa vitesse de rotation initiale. La modélisation de ce scénario retrouve l’intensité mesurée des champs magnétiques des magnétars. Cette étude constitue donc un pas de plus vers la compréhension de ces objets atypiques.

Le CEA a livré au CNES la version de vol du logiciel de l’instrument ECLAIRs pour le satellite SVOM. Cela conclut une phase de développement instrumental important conduit par le CEA pendant 6 ans pour produire l’un des logiciels les plus complexes jamais embarqués sur un instrument scientifique spatial français. Cette version du logiciel équipera le calculateur de bord d’ECLAIRs lors de son départ vers la Chine en début d’année 2023. Il servira dès les tests d’intégration du satellite à Shanghai en prévision du lancement en fin d’année 2023. Ce logiciel analysera en temps-réel les données de l’instrument en vol pour détecter des sursaut gamma et les localiser à mieux de 12 arcmin sur le ciel, afin de réorienter automatiquement le satellite pour effectuer des observations de suivi et d’alerter la communauté scientifique.

Les grands télescopes au sol ayant des miroirs supérieurs à 8 m de diamètre¹ utilisent des montures azimutales pour pointer les astres. Pendant le suivi d’une étoile, la rotation de la Terre implique une rotation du champ observé sur le détecteur d’astrophysique créant ainsi des images « filées ». Pour corriger cet effet, les instruments montés sur ces télescopes emploient un « dérotateur de champ », mécanisme dont la fonction principale est de faire tourner des ensembles de miroirs à très basse vitesse et avec une très grande précision. Pour l’instrument METIS, l’Irfu a développé l’un des tous premiers²  dérotateurs au monde fonctionnant à -210 °C. Entièrement conçu, développé et testé par l’Irfu au sein du DIS (département d'ingénierie des systèmes), le dérotateur de METIS atteint des performances au-delà des spécifications attendues. En phase de tests, sa qualification s'achevera à la fin de 2023 à l'ESO, à Garching, Allemagne.

Si l’utilisation de mécanismes de dérotation de champ est relativement commune dans les instruments d’astrophysique au sol, la majorité des communautés scientifiques choisit de placer ce mécanisme en amont de l’instrument cryogénique, de manière à le faire fonctionner à température ambiante. Ainsi, les niveaux de précision demandés (de l’ordre de quelques millièmes de degrés) sont atteints en utilisant des composants « standards » comme des platines motorisées, des codeurs optiques, des roulements à billes et des réducteurs lubrifiés.
Pour diminuer le bruit de fond instrumental, l’instrument METIS du futur ELT sera entièrement refroidi à des températures voisines de -210°C et par conséquent, le mécanisme de dérotation du champ devra aussi fonctionner sous vide à ces températures.

La mise en exploitation de l’IRM 11,7 T Iseult en 2021 a couronné près de 20 ans de recherche et développement du CEA. Dans un article publié dans le journal Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medecine, Nicolas Boulant et Lionel Quettier, chefs du projet Iseult pour les instituts Joliot et Irfu du CEA, passent en revue les détails de cette mise en service.

La collaboration ScanPyramids vient de publier (Nature communication) plusieurs images d’une pièce dont l’existence avait été démontrée en 2016 près de la face Nord de la pyramide de Kheops. L’exploration endoscopique de cette pièce a été rendue possible grâce à des mesures en imagerie muonique réalisées conjointement par une équipe des laboratoires de l'Irfu et de l’Université de Nagoya. Ces mesures ont en effet permis de localiser cette cavité avec une précision quasi-centimétrique, et révèlent l’extraordinaire potentiel de la muographie haute définition.

Ces travaux établissent que ce vide, baptisé initialement le NFC (pour North Face Corridor) est une pièce de 9,5 m de long et d’une section moyenne de 2 m x 2 m, avec un plafond en chevrons taillés. L’analyse muographique révèle également que cette chambre, très habilement cachée derrière un chevron extérieur, ne communique pas directement avec le Big Void découvert en 2017.

Cette cavité de près de 40 m³ est en tout cas la plus grande mise à jour dans la pyramide de Kheops depuis plus de 1000 ans. 

Un scientifique de l’Irfu a publié dans la Physical Review A un article qui présente un modèle de diffraction basé sur le concept de mesure quantique [1]. Ce modèle constitue une approche nouvelle car l’amplitude de l’onde diffractée est habituellement calculée par les méthodes classiques de l’optique ondulatoire. Plusieurs effets spécifiques de l’aspect quantique du modèle sont prédits dont trois peuvent faire l’objet de tests expérimentaux : un amortissement typique de l’intensité lumineuse aux grands angles de diffraction, un facteur angulaire différent de celui des théories classiques et un paramètre caractéristique d’un lien entre la polarisation et l’impulsion des photons diffractés. Des expériences réalisées à l’IRAMIS dans les prochains mois permettront d’effectuer la mesure simultanée de l’impulsion et de la polarisation des photons détectés et ainsi de valider ou non le modèle proposé.

Les matériaux supraconducteurs à basse température critique sont largement utilisés dans les aimants à haut-champ mais leur comportement est intimement lié aux déformations qu’ils subissent. Dès lors, des études sur les impacts des efforts sur les structures mécaniques sont indispensables. Le projet SUPRAMITEX participe à l’effort de recherche en utilisant le code parallèle AMITEX-FFTP développé dans le cadre du projet SIMU/MATIX pour réaliser des simulations mécaniques non-linéaires sur des microstructures hétérogènes. Ce travail réalisé a permis de montrer l’intérêt du code AMITEX pour simuler le comportement mécanique de ces composants, à différentes échelles, pour des comportements élastique et élasto-plastique des pour échelles de simulation jusqu’ici irréalisables.

PIP-II (Proton Improvement Plan-II) est le premier accélérateur de particules construit aux États-Unis avec d'importantes contributions de partenaires internationaux dont le CEA qui apporte son expertise dans le domaine des cavités radiofréquences supraconductrices et des technologies associées. Le CEA est impliqué depuis 2018 dans ce projet avec une importante contribution sur la section accélératrice supraconductrice LB650, comprenant les études de conception, la fabrication et la qualification de 10 cryomodules (regroupant 4 cavités supraconductrices), soit 1 cryomodule de pré-production et les 9 cryomodules de l’accélérateur. Une étape importante du projet au CEA a été franchie en avril 2023, avec la revue finale de conception du cryomodule LB650, validant les 5 ans de travail de conception. Le projet rentre maintenant dans la phase de construction du cryomodule de pré-production.

Le GANIL, Grand Accélérateur National d’Ions Lourds, l’un des grands laboratoires internationaux pour la recherche avec des faisceaux d’ions a obtenu le 23 juin 2023 le permis de construire de la future salle expérimentale DESIR financée en partie par un Equipex. L’obtention de ce permis autorise le lancement des travaux de construction avec en premier lieu des opérations de terrassements en profondeur dès juillet 2023 pour un objectif de réception du bâtiment prévue au printemps 2025. Les premières expériences sont attendues à l’horizon 2027 afin d’offrir aux communautés de la physique nucléaire, de la physique des interactions fondamentales et de l’astrophysique nucléaire une plateforme de recherche unique et compétitive à l’échelle internationale.

La récente mise à jour de la stratégie européenne pour la physique des particules a recommandé une étude de faisabilité pour la future génération de collisionneur. Dans ce cadre, le « Laboratory Directors Group », dont l’Irfu fait partie, a été mandaté par le conseil du CERN pour superviser l’élaboration d’une feuille de route sur la R&D des accélérateurs. Un des objectifs de cette feuille de route est le développement des technologies permettant la fabrication d’aimants supraconducteurs à haut champ, essentiels pour le futur collisionneur : c’est le projet HFM (High Field Magnets).

Le projet MADMAX, dont le lancement a eu lieu en novembre 2016, est mené par le Max Planck Institut für Physik en collaboration avec plusieurs instituts européens. Le projet a pour objectif la découverte d’axions d’une masse d’environ 100 µeV, candidats potentiels à la matière noire. Pour détecter ces axions, il est nécessaire de développer un détecteur spécifique composé d’un amplificateur de signal électromagnétique et d’un aimant proportionnel à la taille de l’amplificateur et délivrant un fort champ magnétique. Afin de valider les innovations dans la fabrication du conducteur de l’aimant, son concept de refroidissement et la détection du quench, un démonstrateur a été conçu, fabriqué, intégré et testé entre mars 2020 et août 2021. Il est dénommé MACQU pour MADMAX Coil for Quench Understanding. L’ensemble du design, allant du conducteur à la structure de supportage en passant par l’aimant MACQU, son écran thermique et les busbars, a été réalisé au CEA. Le démonstrateur, fabriqué par l’industriel Bilfinger Noell GmbH, est arrivé en mars 2021 et fut testé avec succès entre le 18 mai et le 27 août 2021. L’analyse des données maintenant terminée   apporte les réponses souhaitées et ouvre de nouvelles pistes de travail inattendues. La preuve de faisabilité du concept de câble, de son refroidissement ainsi que de la détection du quench pour l’aimant MADMAX a été démontrée lors de ces essais.

La mise en exploitation de l’IRM 11,7 T Iseult en 2021 a couronné près de 20 ans de recherche et développement du CEA. Dans un article publié dans le journal Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medecine, Nicolas Boulant et Lionel Quettier, chefs du projet Iseult pour les instituts Joliot et Irfu du CEA, passent en revue les détails de cette mise en service.

Les matériaux supraconducteurs à basse température critique sont largement utilisés dans les aimants à haut-champ mais leur comportement est intimement lié aux déformations qu’ils subissent. Dès lors, des études sur les impacts des efforts sur les structures mécaniques sont indispensables. Le projet SUPRAMITEX participe à l’effort de recherche en utilisant le code parallèle AMITEX-FFTP développé dans le cadre du projet SIMU/MATIX pour réaliser des simulations mécaniques non-linéaires sur des microstructures hétérogènes. Ce travail réalisé a permis de montrer l’intérêt du code AMITEX pour simuler le comportement mécanique de ces composants, à différentes échelles, pour des comportements élastique et élasto-plastique des pour échelles de simulation jusqu’ici irréalisables.

La récente mise à jour de la stratégie européenne pour la physique des particules a recommandé une étude de faisabilité pour la future génération de collisionneur. Dans ce cadre, le « Laboratory Directors Group », dont l’Irfu fait partie, a été mandaté par le conseil du CERN pour superviser l’élaboration d’une feuille de route sur la R&D des accélérateurs. Un des objectifs de cette feuille de route est le développement des technologies permettant la fabrication d’aimants supraconducteurs à haut champ, essentiels pour le futur collisionneur : c’est le projet HFM (High Field Magnets).

Le projet MADMAX, dont le lancement a eu lieu en novembre 2016, est mené par le Max Planck Institut für Physik en collaboration avec plusieurs instituts européens. Le projet a pour objectif la découverte d’axions d’une masse d’environ 100 µeV, candidats potentiels à la matière noire. Pour détecter ces axions, il est nécessaire de développer un détecteur spécifique composé d’un amplificateur de signal électromagnétique et d’un aimant proportionnel à la taille de l’amplificateur et délivrant un fort champ magnétique. Afin de valider les innovations dans la fabrication du conducteur de l’aimant, son concept de refroidissement et la détection du quench, un démonstrateur a été conçu, fabriqué, intégré et testé entre mars 2020 et août 2021. Il est dénommé MACQU pour MADMAX Coil for Quench Understanding. L’ensemble du design, allant du conducteur à la structure de supportage en passant par l’aimant MACQU, son écran thermique et les busbars, a été réalisé au CEA. Le démonstrateur, fabriqué par l’industriel Bilfinger Noell GmbH, est arrivé en mars 2021 et fut testé avec succès entre le 18 mai et le 27 août 2021. L’analyse des données maintenant terminée   apporte les réponses souhaitées et ouvre de nouvelles pistes de travail inattendues. La preuve de faisabilité du concept de câble, de son refroidissement ainsi que de la détection du quench pour l’aimant MADMAX a été démontrée lors de ces essais.

La collaboration ScanPyramids vient de publier (Nature communication) plusieurs images d’une pièce dont l’existence avait été démontrée en 2016 près de la face Nord de la pyramide de Kheops. L’exploration endoscopique de cette pièce a été rendue possible grâce à des mesures en imagerie muonique réalisées conjointement par une équipe des laboratoires de l'Irfu et de l’Université de Nagoya. Ces mesures ont en effet permis de localiser cette cavité avec une précision quasi-centimétrique, et révèlent l’extraordinaire potentiel de la muographie haute définition.

Ces travaux établissent que ce vide, baptisé initialement le NFC (pour North Face Corridor) est une pièce de 9,5 m de long et d’une section moyenne de 2 m x 2 m, avec un plafond en chevrons taillés. L’analyse muographique révèle également que cette chambre, très habilement cachée derrière un chevron extérieur, ne communique pas directement avec le Big Void découvert en 2017.

Cette cavité de près de 40 m³ est en tout cas la plus grande mise à jour dans la pyramide de Kheops depuis plus de 1000 ans. 

Le GANIL, Grand Accélérateur National d’Ions Lourds, l’un des grands laboratoires internationaux pour la recherche avec des faisceaux d’ions a obtenu le 23 juin 2023 le permis de construire de la future salle expérimentale DESIR financée en partie par un Equipex. L’obtention de ce permis autorise le lancement des travaux de construction avec en premier lieu des opérations de terrassements en profondeur dès juillet 2023 pour un objectif de réception du bâtiment prévue au printemps 2025. Les premières expériences sont attendues à l’horizon 2027 afin d’offrir aux communautés de la physique nucléaire, de la physique des interactions fondamentales et de l’astrophysique nucléaire une plateforme de recherche unique et compétitive à l’échelle internationale.

Le projet MADMAX, dont le lancement a eu lieu en novembre 2016, est mené par le Max Planck Institut für Physik en collaboration avec plusieurs instituts européens. Le projet a pour objectif la découverte d’axions d’une masse d’environ 100 µeV, candidats potentiels à la matière noire. Pour détecter ces axions, il est nécessaire de développer un détecteur spécifique composé d’un amplificateur de signal électromagnétique et d’un aimant proportionnel à la taille de l’amplificateur et délivrant un fort champ magnétique. Afin de valider les innovations dans la fabrication du conducteur de l’aimant, son concept de refroidissement et la détection du quench, un démonstrateur a été conçu, fabriqué, intégré et testé entre mars 2020 et août 2021. Il est dénommé MACQU pour MADMAX Coil for Quench Understanding. L’ensemble du design, allant du conducteur à la structure de supportage en passant par l’aimant MACQU, son écran thermique et les busbars, a été réalisé au CEA. Le démonstrateur, fabriqué par l’industriel Bilfinger Noell GmbH, est arrivé en mars 2021 et fut testé avec succès entre le 18 mai et le 27 août 2021. L’analyse des données maintenant terminée   apporte les réponses souhaitées et ouvre de nouvelles pistes de travail inattendues. La preuve de faisabilité du concept de câble, de son refroidissement ainsi que de la détection du quench pour l’aimant MADMAX a été démontrée lors de ces essais.