Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

L'objectif principal de l'expérience KATRIN est la mesure de la masse des trois neutrinos du modèle standard de la physique des particules. Mais l'analyse du spectre de décroissance bêta du tritium permet également de rechercher la trace d'un hypothétique quatrième neutrino, appelé neutrino stérile. La collaboration vient de soumettre pour publication la première analyse (voir article) à partir de quatre semaines de données acquises en 2019. Pas de trace de ce quatrième neutrino, mais ce n'est qu'un début car la sensibilité va rapidement s'améliorer. Le spectromètre KATRIN démontre un fort potentiel pour étudier cette possible nouvelle facette du neutrino.

La collaboration CMS a présenté sa mesure la plus aboutie actuellement des propriétés du boson de Higgs dans le canal de désintégration en deux photons à l’occasion de la conférence ICHEP en Août 2020. Les résultats sont basés sur les données complètes du Run 2 du LHC, enregistrées entre 2016 et 2018 et montrent un niveau de précision jamais atteint auparavant.

Grâce à cet échantillon accru, à des méthodes d’analyse sophistiquées utilisant l'intelligence artificielle et développées en partie par le groupe CMS de l’Irfu, des mesures jusqu’alors inimaginables voient le jour : l'étude des modes rares de production devient possible. Ce travail de fourmis a permis de réaliser des mesures de plus en plus précises des propriétés du boson de Higgs permettant de tester toujours plus en avant le Modèle Standard de la physique des particules. Ce dernier sort de nouveau triomphant de cette confrontation. 

Mais avec le redémarrage du collisionneur LHC en 2022, puis sa montée en luminosité en 2027, la quantité de données va augmenter de manière significative permettant d'examiner le Modèle Standard sous toutes ses coutures. 

La collision élastique de photons réels est un phénomène très rare dans lequel deux photons réels interagissent, produisant une autre paire de photons réels. L'observation directe de ce processus à haute énergie, impossible pendant des décennies, a été réalisée par les expériences ATLAS [1] et CMS [2] au Cern entre 2016 et 2019. Ces succès ont conduit les deux collaborations à renforcer leur implication dans ce nouveau domaine, ce qui a conduit à une nouvelle mesure, en cours de publication par l’expérience ATLAS [3]. Présentée pour la première fois à la conférence LHCP en mai 2020, l’idée nouvelle est d’utiliser les collisions de photons pour rechercher une particule hypothétique de type axion. Comme pour les premières publications sur le sujet, les personnels de l’Irfu sont à l’origine des idées à l’œuvre dans les analyses menées au Cern.

Dans sa forme standard, la double désintégration bêta est un processus par lequel un noyau se désintègre en un noyau différent et émet deux électrons et deux antineutrinos (2νββ). Cette transition nucléaire est très rare, mais elle a été détectée dans plusieurs noyaux grâce à des expériences complexes. Si les neutrinos sont leurs propres antiparticules, il est possible que les antineutrinos émis lors de la double désintégration bêta s'annihilent mutuellement et disparaissent. C'est ce qu'on appelle la double désintégration bêta sans neutrinos (0νββ), un phénomène jamais observé jusqu'à présent. Si 0νββ est détecté, cela permet de vérifier que les neutrinos sont leurs propres antiparticules, et ce serait un indice de la raison pour laquelle ils ont leurs minuscules masses - et s'ils ont joué un rôle dans l'existence de notre univers dominé par la matière. 

L'expérience CUPID-Mo, installée au Laboratoire Souterrain de Modane,  après une année de données entre mars 2019 et avril 2020 vient de fixer une nouvelle limite mondiale pour la détection de la signature 0νββ.

La collaboration Atlas présente à la conférence LHCP 2020 ses résultats sur la recherche de la production simultanée de quatre quarks top (4t), la particule la plus massive du Modèle Standard de la physique des particules (MS). Ce phénomène spectaculaire, jamais encore observé, permet de tester de nombreux modèles au-delà du Modèle Standard (dite « Nouvelle Physique ») qui prévoient une section efficace de production de 4t plus grande que prévue par le MS. L’analyse, coordonnée par l’Irfu, de 139 fb^-1 de collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV enregistrés entre 2016 et 2018, permet de mettre en évidence pour la première fois cet état final rare avec un résultat à plus de trois écarts standards. L’observation (à 5 écarts standard) est attendue au Run 3 du LHC.

L'expérience Double Chooz publie ses derniers résultats dans la revue Nature Physics. Après avoir triplé le volume de détection, une grande précision sur la valeur de l’angle θ₁₃ caractérisant les oscillations de neutrinos est atteinte avec sin²(2θ₁₃) = 0,105 ± 0,014; jolie synergie des neutrinistes de l'Irfu puisque cette mesure entre dans l'extraction du paramètre δ_CP par l'expérience T2K qui faisait la couverture de Nature en avril (voir Fait Marquant du 15 avril). Prochaine étape, le démantèlement des installations à Chooz, après sept années de prise de données. Une nouvelle métrologie des volumes de détection permettra encore d’affiner la connaissance de l’oscillation.

L’étude précise des propriétés du boson de Higgs est une porte vers la physique au-delà du Modèle Standard dite « Nouvelle Physique ». Avec des statistiques de plus en plus grandes, les physiciens se concentrent sur les modes de production plus rares pour chercher les failles du Modèle Standard.

L’expérience CMS a fait la première observation d'un processus rare via un unique canal de désintégration du boson de Higgs. Le boson de Higgs est ici étudié dans sa désintégration en deux photons et sa production en association avec une paire de quarks top et antitop (on notera ce canal ttH).

Cette étude a permis la mesure de la section efficace de production ttH avec une précision sans précédent d’une vingtaine de pourcent, ainsi que la toute première mesure des propriétés CP (« charge-parité ») du couplage entre le quark top et le boson de Higgs. Si de telles propriétés ont été étudiées de manière extensive pour les couplages aux bosons, c’est la toute première fois que ces propriétés sont contraintes dans les couplages du boson de Higgs aux fermions (le quark top est un fermion).  Le groupe CMS de l’Irfu a joué un rôle majeur dans cette publication. Ce résultat important a été présenté par un membre du groupe CMS de l’Irfu le 14 Avril lors d’un séminaire CERN dédié [1].

Pour cette première mesure [2] , les résultats sont compatibles avec le modèle standard, mais les futures données permettront de réduire les incertitudes sur ces mesures pour tester les limites du Modèle Standard.

La collaboration T2K vient de publier dans le journal Nature de nouveaux résultats aboutissant à la meilleure contrainte à ce jour sur le paramètre qui mesure l’asymétrie entre la matière et l’antimatière dans les oscillations de neutrinos. En utilisant des faisceaux de neutrinos et d’anti-neutrinos muoniques, T2K a étudié comment ces particules et ces anti-particules se transforment en neutrinos et anti-neutrinos électroniques respectivement. Le paramètre qui gouverne cette brisure de la symétrie matière-antimatière dans les oscillations de neutrinos, appelé δcp, peut a priori prendre une valeur comprise entre -180º et 180º. Ce résultat de T2K exclut pour la première fois près de la moitié des valeurs possibles à 99.7% (3σ) de degré de confiance et commence à révéler une propriété fondamentale des neutrinos qui n’a pas encore été mise en évidence jusque-là. C’est une étape importante pour comprendre si les neutrinos et les anti-neutrinos se comportent différemment. Ces résultats, qui utilisent des données collectées jusqu’en 2018, ont été publiées dans la revue scientifique Nature (Vol. 580, pp. 339-344).

L’expérience internationale CUPID Mo menée par des laboratoires français de l’IN2P3 et du CEA/IRFU, teste depuis avril dernier l’usage de cristaux à base de Molybdène pour détecter des doubles désintégrations beta sans émission de neutrinos. L'expérience monte progressivement en puissance et montre dès à présent un fond proche de zéro dans la zone d'intérêt, ce qui est très prometteur. Les scientifiques de la collaboration faisaient un point à l'occasion de l'inauguration officielle les 11 et 12 décembre 2019.

L’installation NFS (Neutrons For Science) a reçu les premiers faisceaux de protons délivrés par l’accélérateur linéaire de la nouvelle installation Spiral2 du Ganil en décembre 2019. En marge de la mise en service progressive de l’accélérateur en 2020, de courtes périodes de faisceau ont été mises à profit pour tester avec succès plusieurs éléments de NFS. Les premières expériences sont prévues auprès de l’installation à l’automne 2021.

Un premier faisceau de protons accélérés à 33 MeV a été envoyé en décembre 2019 dans la station d’irradiation de NFS (figure 1), couplée à un système de transfert pneumatique permettant de transporter les échantillons irradiés jusqu’à une station de mesure. Les sections efficaces de production de plusieurs noyaux obtenus par irradiation d’échantillons de fer et de cuivre ont ainsi été mesurées. Les résultats de ce test sont en accord avec les données précédemment publiées. Le dispositif d’irradiation et de mesure, construit et opéré par des physiciens du laboratoire NPI de Rez (République Tchèque), sera utilisé dans le futur pour des mesures inédites de sections efficaces de réaction par activation.

Des théoriciens du CEA, de l’Irfu à la DRF (Espace de Structure Nucléaire Théorique) et du service de physique nucléaire à la DAM, ont développé une Intelligence Artificielle (IA) permettant la prédiction des propriétés du noyau atomique. Ils ont ainsi simulé les propriétés de plus de 1800 noyaux atomiques à partir d’un algorithme entraîné sur un sous-ensemble de seulement 210 noyaux. De plus pour la toute première fois, ces 210 noyaux sont choisis automatiquement par l’Intelligence Artificielle en utilisant une approche dite d’apprentissage actif. Il s’agit d’une avancée majeure en comparaison des approches précédentes qui se limitaient à la prédiction d’une seule observable (grandeur physique mesurable, comme par exemple la masse) et dont la portée prédictive était très faible. Les résultats obtenus sont d’une précision comparable à celle des calculs issus de l’état de l’art des techniques utilisées en physique nucléaire théorique, et cela en un temps de calcul significativement réduit (un gain allant d’un facteur 10 à un facteur 10³ en fonction du type de résultat voulu). Les résultats ont fait l’objet d’une publication dans la revue Physical Review Letters, l’article figure parmi les suggestions de l’éditeur [1]. 

En octobre, le personnel du GANIL a franchi deux étapes très importantes dans le démarrage du nouvel accélérateur linéaire de SPIRAL2 et la mise en route de la salle NFS, la première qui sera ouverte à la science l’an prochain. Petit tour d’horizon avec Navin Alahari directeur du GANIL. 

Il y avait de quoi retenir son souffle. Début octobre, les équipes du LINAC ont réussi à produire et accélérer les premières impulsions de faisceau en configuration nominale, avec une énergie finale de 33 MeV et une intensité instantanée de presque 5mA. En d’autres termes, des paquets de protons ont été densifiés à l’extrême puis injectés et accélérés à la vitesse maximale dans l’accélérateur linéaire. « Cette étape était probablement la plus grosse inconnue de la mise en service, indique Navin Alahari, directeur du GANIL. Nous ne savions pas exactement comment ces paquets très denses de protons, qui ont une forte tendance à se repousser entre eux, allaient se comporter dans l’accélérateur ». Une mauvaise maîtrise du phénomène aurait effectivement des conséquences graves. Elle conduirait immanquablement à des pertes de faisceaux incontrôlées et à l’irradiation intense des éléments de la machine, impactant leur durée de vie.

Environ un an après l’accélération réussie des premiers protons à travers le linac, tout le monde était donc présent dans la salle de contrôle de SPIRAL2 pour assister à ce test primordial. Conduit en n’accélérant qu’un paquet sur 200, c’est-à-dire avec un faisceau d’une puissance moyenne de l’ordre de 1 kW, le test a démontré une très bonne maîtrise des pertes le long de la machine. Indiquant, à la grande satisfaction de tous, une bonne compréhension des phénomènes physiques en jeu durant les processus de formation, d’accélération et de guidage du faisceau. Cette réussite sonne donc comme la confirmation des très bonnes performances du LINAC et laisse espérer des lendemains qui chantent pour les prochaines phases de la mise en service qui consisteront à poursuivre la montée en puissance et à accélérer d’autres types de faisceaux. « Nous allons en particulier pouvoir préparer la prochaine étape importante du LINAC avec la production de deutons, explique Navin Alahari. Nous la testerons l’an prochain, mais maintenant que la machine a montré son excellent fonctionnement avec les protons, ce qui correspond a priori aux conditions les plus difficiles à maîtriser, nous espérons que cela ne sera qu’une formalité ».

Grâce aux collisions d’ions lourds accélérés au GANIL et la détection des produits de réactions avec le détecteur INDRA, il a été possible de déduire les paramètres d’évolution des éléments chimiques dans des phénomènes stellaires. 

Ces éléments chimiques, des noyaux légers (d, t, 3He, ?, 6He…), sont créés par agrégation de protons et neutrons au cours de la collision entre noyau projectile et noyau cible. La mesure avec INDRA a montré que leur taux de production est plus important que le taux attendu par le modèle du gaz idéal. Le travail de la collaboration INDRA, avec l’aide de trois théoriciennes, consistait à effectuer une analyse bayésienne sur les données pour extraire les observables thermodynamiques en tenant compte des effets du milieu de la matière nucléaire puis à comparer les données ainsi obtenues avec un modèle. 
Ce résultat est important puisqu’il mesure la concentration chimique des agrégats dans les zones de basse densité nucléaire, ces mêmes densités que l’on trouve dans des supernovæ à effondrement de noyau. Le processus de cet événement stellaire est largement dominé par l’émission de neutrinos qui peuvent être capturés par les neutrons libres ou présents dans les agrégats. Ainsi la concentration chimique de ces éléments détermine le transport des neutrinos et donc l’évolution de la supernova.

La spectroscopie d’un isotope de mendélévium, le ²⁵¹Md composé de 101 protons et 150 neutrons révèle une surprise : lorsqu’il est en rotation, il se comporte exactement comme un isotope de lawrencium composé de 103 protons et 152 neutrons. L’expérience réalisée à l’Université de Jyväskylä en Finlande a nécessité les outils les plus perfectionnés pour étudier ces noyaux rares et éphémères : tri et identification des noyaux, détections des rayons gamma et des électrons. Cette similitude tout à fait inattendue est-elle le fruit du hasard ou liée aux propriétés de l’interaction forte ? L’enquête s’est poursuivie avec les théoriciens pour tenter de comprendre cette singularité. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue Physical Review C.

Les météorites sont bombardées tout au long de leur voyage par le rayonnement cosmique. Cette irradiation est un formidable révélateur de leur histoire, à condition bien sûr de savoir la décrypter. L'interaction du rayonnement cosmique avec les noyaux atomiques constituant la météorite va produire des isotopes dits cosmogéniques, très souvent radioactifs. Des mesures d'activités, une fois la météorite trouvée sur terre, associées à un modèle peuvent permettre de remonter à sa taille pré-atmosphérique, à son temps d'exposition au rayonnement, à son âge terrestre, voire aussi à mieux connaître ce flux de rayonnement cosmique. Ce type de modèle repose sur un ingrédient clé : les sections efficaces élémentaires de production des isotopes. Ces dernières ont pour la première fois été fournies intégralement par le code de réaction nucléaire INCL développé à l’Irfu dans le cadre d’une étude des météorites ferreuses [1], augmentant ainsi la précision des analyses.

La complexité du noyau atomique reflète les multiples composantes de la « force nucléaire » qui lie entre eux les protons et les neutrons. Isoler et caractériser chacune d’entre elles est un véritable défi, tant théorique qu’expérimental, que tentent de relever les études de physique nucléaire. Les isotopes d’étain (noyaux possédant Z=50 protons et un nombre de neutrons N dépendant de l’isotope) servent de référence pour caractériser la compétition entre deux de ces composantes : un terme d’interaction dit d’appariement marquant la tendance qu’ont les protons et neutrons à s’associer par paires et un terme d’interaction dit quadrupolaire caractérisant la tendance naturelle du noyau à se déformer. Aussi distincts soient-ils, ces deux termes d’interaction nucléaire concourent pourtant au même objectif qui est d’organiser de manière optimale les nucléons composant le noyau atomique de manière à minimiser son énergie. Les analyses menées jusqu’ici mettent en évidence une transition entre ces deux composantes à l’approche de l’étain-100, contraignant la modélisation de ce noyau dit « doublement magique ». Avec un nombre identique de protons et de neutrons (Z=N=50), le ¹⁰⁰Sn joue un rôle essentiel dans la validation des modèles théoriques décrivant les propriétés des noyaux exotiques.

L'édition 2020 de la conférence sur la physique auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHCP) s’est déroulé du 25 au 30 mai 2020. En raison de la pandémie de COVID-19, la conférence, qui devait se tenir initialement à Paris, a eu lieu entièrement en ligne. La collaboration ALICE y a présenté de nouveaux résultats montrant comment les particules charmées – celles qui contiennent des quarks, composants élémentaires de la matière, dits c – peuvent jouer le rôle de « messagers » du plasma de quarks et gluons, qui aurait existé dans l'Univers primordial et qui peut être recréé lors de collisions d'ions lourds dans le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). En étudiant les particules charmées, les scientifiques peuvent en savoir davantage sur les hadrons, particules dans lesquelles les quarks sont liés par des gluons, ainsi que sur le plasma de quarks et gluons, état de la matière dans lequel les quarks et les gluons ne sont pas confinés à l'intérieur des hadrons. Ces nouveaux résultats sont le fruit d’une analyse menée dans le cadre d’une thèse actuellement en cours au DPhN.

Après plus de quatre ans de travail de recherche et développement, conception et fabrication, le MFT (Muon Forward Tracker), un nouveau détecteur qui va équiper l’expérience ALICE au LHC, voit sa construction finalisée et en cours de commissioning au Cern. Dans le but de limiter autant que possible la quantité de matière traversée par les particules, la fabrication de ce détecteur a nécessité le développement de nombreuses techniques et procédures innovantes, en particulier dans l’intégration de capteurs silicium sur des circuits hybrides flexibles appelés échelles dont l’Irfu a eu la responsabilité au sein du projet. Pour fabriquer ces 500 échelles du MFT, deux années ont été nécessaires et une très longue séquence d’opérations a fait l’objet de nombreuses études sous la responsabilité de l’équipe de l’Antenne Irfu au Cern. La production de ces échelles vient de se terminer avec succès et c’est donc le temps d’en faire un court bilan.

La simple question "Où se termine le tableau périodique des éléments?" suscite depuis longtemps l'intérêt des scientifiques. Dans ce contexte, la compréhension de la structure des noyaux les plus lourds, et à travers elle leur stabilité, est d'une importance majeure. Il y a dix ans, il n'existait pas de voie évidente  pour s'attaquer à cette quête scientifique. Et pourtant, ces dernières années, une collaboration composée de physiciens provenant de l'Irfu/DPhN, de Jyvaskyla (Finlande), du GSI (Allemagne) et d'Argonne (États-Unis) a appliqué une technique nouvellement développée qui s'appuie sur des accélérateurs à haute performance et des détecteurs de pointe pour étudier les états isométriques (longue durée de vie) des noyaux lourds. Cette technique a déclenché une renaissance de la science des éléments ioniques lourds. De nouveaux détecteurs à plan focal équipés d'électronique numérique ont été pour la première fois adaptés aux états de courte durée dans les noyaux lourds, permettant la détection d'événements très proches et de demi-vie très courte (quelques µs). Cela ouvre de nouvelles perspectives puisqu'à ce jour, l'élément le plus lourd trouvé est l'Oganesson avec une demi-vie de 0,58 ms. Les résultats ont été publiés dans  Physical Review C [1].

Le DPhN en collaboration avec le DEDIP, la DAM Ile de France (DAM/DIF) et JRC-Geel a développé une chambre à fission compacte servant de cible active au centre du calorimètre gamma de la Collaboration n_TOF. Ce dispositif permet d'étudier les rayons gammas spécifiquement issus des réactions de capture radiative (n,γ), souvent noyés dans un flot d'événements de fission également générateurs de gamma.

INCL (intra nuclear cascade from Liège) est un code de simulation reconnu pour sa capacité à modéliser les interactions particule légère – noyau. Il est utilisé dans des domaines très divers, comme la protonthérapie, les sources de neutron, les faisceaux d'ions radioactifs ou encore les ADS (Accelerator Driven System). Afin d’étendre ses performances dans le domaine des réactions à plus haute énergie, en lien avec le rayonnement cosmique ou l'étude des hypernoyaux, une équipe de physiciens menée par l’Irfu a récemment développé une nouvelle version du code permettant d’inclure les particules étranges. Ce travail était au cœur d’une thèse récemment soutenue (2019) et les nouvelles possibilités offertes par ce code ont été publiées début 2020 dans la revue Physical Review C [1].

Suite à l’autorisation de mise en service de Spiral2 délivrée par l’Autorité de Sureté Nucléaire (ASN) le 8 juillet 2019, de nombreuses étapes cruciales se sont enchainées avec succès en fin d’année 2019, avec notamment un premier faisceau de protons accéléré à 33 MeV, l’énergie nominale par l’accélérateur linéaire de Spiral2 (Linac) et une première expérience test dans la salle expérimentale Neutron For Science (NFS).

Ces premiers résultats de 2019 sont très prometteurs. Ils vont se poursuivre en 2020 avec notamment l’augmentation des performances du Linac et la montée en puissance du faisceau (10% de la puissance maximale attendue). Parallèlement avec cette montée en puissance du faisceau, des expériences tests dans NFS seront menées.

Quelques microsecondes après le Big Bang, l’Univers serait passé par un état où seuls les constituants les plus élémentaires de la matière y figurent : le plasma de quarks et de gluons (QGP). Le QGP est créé lors de collisions d’ions lourds ultra relativistes. En particulier au LHC (CERN), le QGP s’écoule comme un fluide emportant tout sur son passage. Ainsi, toutes les particules, légères, étranges ou charmées mesurées jusqu’à maintenant apparaissent comme emportées par le même fluide, ce qui témoigne de la force des interactions entre constituants du QGP. La collaboration ALICE au LHC, avec une contribution décisive des équipes de l’Irfu, vient de publier dans la prestigieuse revue Physical Review Letters la première mesure du flot elliptique de l’Υ(1S) (particule composée d’un quark beau et de son antiquark). Cette résonance apparaît comme la première particule au LHC ne se déplaçant pas avec le fluide. Ce résultat pionnier ouvre la voie à des études plus approfondies du QGP.

Trois observatoires de premier plan (Subaru, GBT et XMM-Newton) se sont associés pour observer la collision d’une paire d’amas de galaxies, HSC J023336-053022 (XLSSC 105), située à quatre milliards d’années-lumière. La spectaculaire image résultant des données prises par Subaru dans le domaine visible, le Green Bank Telescope en radio et enfin le satellite à rayons X XMM-Newton dans lequel est particulièrement impliqué le Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA Paris-Saclay à travers de son programme XMM-XXL, montre que la violence du choc chauffe le gaz situé entre les amas à plus 400 millions de degrés.  Elle permet également de cartographier de manière indirecte la matière noire présente dans le système. Le compte-rendu de ces travaux est paru dans la revue MNRAS de Septembre 2020 et Marguerite Pierre, responsable du programme XMM-XXL au CEA, nous livre sa vision personnelle de ce résultat.
 

Le satellite Taranis a été lancé par une fusée Vega dans la nuit du 16 au 17 novembre 2020 depuis le Centre Spatial Guyanais à Kourou. Malheureusement, 8 minutes après le décollage, une défaillance dans la trajectoire du lanceur a été constatée, conduisant à la perte de la mission. Durant sa phase opérationnelle de 4 ans ce satellite devait observer, étudier et caractériser les événements lumineux transitoires (TLE), ces émissions d’ondes électromagnétiques qui se produisent pendant les orages actifs, ainsi que les flashs de rayons gamma (TGF). Tous les instruments de la mission étaient placés sous la responsabilité scientifique de laboratoires français du CEA ou du CNRS, eux-mêmes placés sous l’égide du CNES, maître d’œuvre de Taranis.
Cet échec n’entame néanmoins pas la détermination des chercheurs, décidés à poursuivre l'étude de ces phénomènes atmosphériques méconnus.

Ci-après un texte, préparé avant le lancement, décrivant les caractéristiques de l’instrument XGRE, l’un des éléments de la charge utile du satellite Taranis.

L’ESA a adopté Ariel (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey), 4ème mission spatiale de classe intermédiaire de son programme Cosmic Vision. Le lancement est prévu en 2029 par une fusée Ariane 6 depuis le Centre Spatial Guyanais à Kourou. L’équipe française, composée du CNES, du CEA et du CNRS, a pris en charge la conception, la réalisation et la livraison du spectromètre AIRS. Pierre Olivier Lagage, astrophysicien à l'Irfu, est l’un des 2 co-PI pour le consortium ARIEL ; l’autre co-PI est Jean-Philippe Beaulieu de l’IAP.

Le projet de simulation “Extreme-Horizon”, collaboration internationale menée par des équipes du CEA (avec le DAp et DEDIP de la DRF/Irfu et la DAM/DSSI) avec notamment la participation de l’IAP du CNRS, constitue l’un des principaux “grands challenges” réalisés sur la nouvelle architecture du supercalculateur Joliot Curie de GENCI au Très Grand Centre de Calcul du CEA (TGCC), utilisant plus de 25.000 cœurs de calculs sur cinquante millions d’heures. En utilisant le code numérique RAMSES à "résolution variable", cette simulation modélise l’évolution des structures cosmiques, galaxies, étoiles et trous noirs supermassifs, à partir de quelques instants après le big bang jusqu’à aujourd’hui.

Grace à la montée en puissance du TGCC et au code avec des mailles adaptatives, cette simulation a repoussé les limites en résolvant la matière intergalactique diffuse (réservoir du gaz accrété par les galaxies) qui représente 90% du volume de l’Univers, à un niveau de précision jamais atteint. Ce gain en haute résolution dans les régions de faible densité est une première et a eu deux conséquences surprenantes aux échelles galactiques et cosmologiques. Les résultats ont donné lieu à une publication dans la revue A&A.

Une campagne internationale incluant des télescopes au sol et dans l’espace, dont le satellite INTEGRAL, a découvert fin avril 2020 de très brèves impulsions à la fois en rayons X et dans les ondes radio en provenance d’un astre compact de la Galaxie, le magnetar SGR 1935+2154. L’observation simultanée dans les deux domaines d'énergie de ces signaux constitue une première pour ce type de source et atteste d'une connexion entre les magnetars et les Fast radio bursts (ou sursauts radio rapides), une classe de sources radio dont l’origine est très mal connue. Ces travaux auxquels ont participé des chercheurs du Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA-Irfu de  Paris-Saclay sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters et objet d’un communiqué de l’Agence spatiale européenne (ESA).

Le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) publie aujourd'hui une analyse complète de la plus grande carte tridimensionnelle de l'Univers jamais créée, permettant de reconstruire l’histoire de son expansion sur une période de 11 milliards d’années.

Solar Orbiter a été lancé le 10 février 2020. Depuis lors, les scientifiques et les ingénieurs ont effectué une série de tests appelée "recette en vol" de tous leurs instruments. SolarObiter était pleinement opérationnel pour son premier passage rapproché du Soleil dès le 17 juin. Alors qu'il volait à environ 77 millions de km du Soleil (environ la moitié de la distance Terre-Soleil), les 10 instruments étaient prêts pour leur acquisition.  Des premières images en UV et en visible ont pu être révélées (actualité ESA).

L'activité solaire est actuellement assez faible, car il est au début d’un cycle Solaire de 11 ans, le cycle 25. Néanmoins, l'équipe STIX a eu la chance d'observer une éruption solaire le 7 juin 2020 permettant de tester correctement presque tous les aspects du fonctionnement de STIX. 

En 2022, l’ESA lancera le télescope Euclid, qui vise notamment à cartographier les galaxies lointaines en 3D, caractériser la matière noire et mieux comprendre l’origine de l’expansion accélérée de l’univers. Ses deux instruments viennent d’être livrés à l’ESA par le consortium international Euclid. L’imageur visible VIS, sous la responsabilité du laboratoire des sciences spatiales Mullard de l'UCL (UCL MSSL - Royaume-Uni), a impliqué une participation majeure importante du CEA-Irfu. Il s’agit de la deuxième plus grande caméra spatiale en lumière visible jamais réalisée. 

Le télescope Euclid observera les galaxies lointaines, afin notamment d’étudier la matière noire et déterminer l’origine de l’accélération de l’expansion de l’Univers et la nature de sa source, l’énergie noire. Personne ne sait encore ce qu'est l'énergie noire, mais Euclid sera un outil déterminant et décisif pour aider les cosmologistes et les astronomes à en percer certains secrets.

Le 18 Mai dernier, l’ESO a formellement clos la revue de design préliminaire de l’instrument infrarouge thermique ELT METIS. Suite à cet important jalon, l’instrument passe en phase de conception finale qui devrait se terminer avec la revue de conception finale (FDR) en 2022 avant d’entamer la phase finale de construction.

Motivée par des caractéristiques atypiques d’un disque proto-planétaire observées récemment autour de l’étoile AB Aurigae avec l’instrument ALMA, une équipe internationale d’astrophysiciens comprenant un chercheur du Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA-Irfu de  Paris-Saclay vient d’obtenir un cliché précis d’une zone particulière, en forme de S, dans le disque de gaz et de poussière qui entoure l’étoile. Cette remarquable structure, unique et captée grâce à la finesse d’image livrée par l’instrument SPHERE au VLT de l’ESO, signe la présence d’une planète géante en formation, confortant un scénario théorique de naissance de planètes. Publiée dans la revue Astronomy and Astrophysics, et objet d’un communiqué de l’ESO, ces travaux vont aider à la préparation des programmes de recherche portant sur les disques protoplanétaires avec le futur instrument ELT/METIS.

La collaboration Fermi-LAT vient de publier son quatrième catalogue de sources, dénommé 4FGL. Intégrant huit années de prise de données, il contient 5064 objets célestes émettant en rayons gamma à des énergies autour de 1 GeV, enrichissant l’édition précédente (parue en 2015) de plus de 2000 sources à haute énergie. 28% des objets répertoriés sont de nature inconnue, laissant présager de nombreuses études complémentaires. Bien que modeste en volume par rapport aux milliards de sources connues dans le domaine visible, le catalogue 4FGL est de loin le plus profond en astronomie gamma, et sert donc de référence à tout le domaine. Le catalogue, fruit d’un travail coordonné par un chercheur du Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA-Irfu de Paris-Saclay, est accessible en ligne sur le site Fermi de la NASA. De manière conjointe, un recensement des noyaux actifs de galaxies, le catalogue 4LAC (étude coordonnée par un chercheur du CNRS/CENBG) est également mis à disposition de la communauté.

Les magnétars sont des étoiles à neutrons qui arborent les plus forts champs magnétiques connus dans l’Univers et dont l’origine reste controversée. Dans une étude publiée dans la revue Science Advances, une équipe franco-allemande conduite par Raphaël Raynaud du Département d’Astrophysique du CEA-IRFU / Laboratoire AIM vient de réaliser les premières simulations numériques qui décrivent la genèse de ces champs magnétiques au cours des premières secondes suivant la formation d’un magnétar. Ces calculs montrent que les mouvements convectifs qui se développent au sein d’une étoile à neutrons en formation peuvent amplifier le champ magnétique, et ce d’autant plus efficacement que celle-ci tourne rapidement sur elle-même. Ces résultats suggèrent que les magnétars naissent des étoiles massives en rotation rapide. Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour comprendre les supernovas les plus extrêmes ainsi que les propriétés de certains sursauts gamma.

La nouvelle mission d'exploration du Soleil de l'ESA, Solar Orbiter, s'est envolée dans l'espace à bord de la fusée américaine Atlas V 411 depuis le port spatial de la NASA à Cap Canaveral, en Floride, à 05:03 heure europénne le 10 février 2020.

à 6h, Le déploiement des panneaux solaires est confirmé. C'était le signal attendu : la mission SolarOrbiter est lancée !

Objectif Soleil pour Solar Orbiter (actualité DRF)

Pour mesurer les paramètres cosmologiques, le télescope spatial Euclid utilisera deux sondes principales : les lentilles gravitationnelles (Weak Gravitational Lensing) et la distribution des galaxies (Galaxy Clustering). Ces mesures permettront notamment de comprendre le comportement de l'énergie sombre et de la matière noire qui affectent la croissance des structures cosmiques et ainsi, l’accélération de l’expansion de l’Univers.

Outre ses implications sur les développements instrumentaux et le traitement des données, l’Irfu participe activement aux développements d’algorithmes nécessaires à la préparation de l’extraction des paramètres cosmologiques qui seront issus des mesures d’Euclid.

Coordonnée par Valeria Pettorino, physicienne au laboratoire CosmoStat de l’Irfu, en collaboration avec Tom Kitching (UCL) et Ariel Sanchez (MPE), une équipe internationale de la collaboration Euclid ayant des expertises complémentaires en théorie et observation vient d’achever un travail de 3 ans caractérisant les performances attendues d’Euclid pour ces sondes d’observation.

Publication sur Arxiv: https://arxiv.org/pdf/1910.09273.pdf

^[1] University College London ; ^[2] Max Planck Institute for extraterrestrial physics

Arrivé à bon port. Le plan focal de l’imageur visible (appelé VIS) du satellite Euclid vient d’être livré par l’Irfu au laboratoire responsable de l’instrument (MSSL^*/UK) pour poursuivre son intégration dans le satellite dont le décollage est prévu en 2022. 

Les premières études de ce plan focal ont été menées à l’Irfu depuis 2010 et après presque 10 ans de développements et de tests, c’est durant l'année 2019 qu’il a été testé intégralement par l’Irfu. Ce plan de détecteurs est composé de 36 CDD totalisant plus de 600 millions de pixels. Chaque image acquise en vol par ce plan focal permettra de caratériser plus de 50 000 galaxies. Il s'agit de la deuxième plus grande caméra, observant dans le visible, lancée dans l'espace après celle du satellite Gaïa. Dans l'espace, ses observations permettront la mesure des déformations des galaxies dues aux effets de lentille gravitationnelle faibles induits par des amas de matière que la lumière rencontre sur son trajet pour nous parvenir. Ces effets de distorsions gravitationnelles à différentes époques de l'Univers fourniront des mesures de la distribution de matière noire et seront une contrainte sur l'énergie noire.

^*Mullard Space Science Laboratory

ν Indi est une étoile brillante (magnitude visuelle mv = 5.3) visible à l’œil nu depuis l’hémisphère sud. En utilisant des données sol (télescopes ESO), espace (missions spatiales Gaia et Tess) et en combinant des informations très diverses de spectroscopie, astrométrie, cinématique ou d’astérosismologie, une équipe internationale incluant deux chercheurs du Département d’Astrophysique/Laboratoire AIM  du CEA-Saclay a pu déterminer l'époque, entre 11.6 et 13.2 milliards d’années, d’une collision entre notre galaxie avec une petite galaxie naine , Gaia-Enceladus. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Astronomy, Janvier 2020.

L'objectif principal de l'expérience KATRIN est la mesure de la masse des trois neutrinos du modèle standard de la physique des particules. Mais l'analyse du spectre de décroissance bêta du tritium permet également de rechercher la trace d'un hypothétique quatrième neutrino, appelé neutrino stérile. La collaboration vient de soumettre pour publication la première analyse (voir article) à partir de quatre semaines de données acquises en 2019. Pas de trace de ce quatrième neutrino, mais ce n'est qu'un début car la sensibilité va rapidement s'améliorer. Le spectromètre KATRIN démontre un fort potentiel pour étudier cette possible nouvelle facette du neutrino.

Dans le cadre d'un projet collaboratif entre la DES/DDSD et la DRF/Irfu, une étude de faisabilité du potentiel de la muographie pour l'auscultation des réacteurs nucléaires a été initiée en 2017. Après une première phase d'évaluation réalisée par l’Irfu au moyen de modélisations numériques, des premières prises de données ont été réalisées sur le bloc réacteur G2, situé au CEA Marcoule et arrêté au début des années 80, à partir de février 2020. Ces mesures ont permis de démontrer le potentiel de la technique, en identifiant des différences entre la structure réelle du réacteur G2 et le modèle 3D créé à partir des plans originaux de l'installation. Ces premiers résultats démontrent l'intérêt de l'utilisation de la muographie dans l'assainissement et le démantèlement des installations nucléaires, une des priorités actuelles du CEA. Pour la suite du projet il est envisagé de réaliser une tomographie 3D du réacteur en combinant des images prises à différentes positions. Il pourrait alors s’agir de la première image 3D de l'intérieur d'un réacteur en démantèlement, sans avoir recours aux rayonnements ionisants artificiels, ajoutant ainsi un nouvel outil d’inspection à la palette existante.

Pour que les images produites par le futur IRM ne subissent des déformations ou d'artefacts, le champ magnétique généré par l'aimant Iseult doit être homogène à 0,5 PPM (parties par millions) autour du cerveau du patient. Pour répondre à ce challenge, il a fallu prévoir des moyens de « réglage » (en anglais « shimming » – calage) du champ afin de corriger tous les petits défauts qui découlent inévitablement de la fabrication. 5904 pièces de shim (petites pastilles de fer) ont ainsi été vissées sur leurs rails et installées à l'intérieur du tunnel de l'aimant. Cette première configuration a été testée le jeudi 9 Juillet 2020 en cartographiant son effet sur le champ magnétique d’Iseult à 3 T. Les résultats sont très encourageants car la première itération a permis de faire passer l’homogénéité du champ dans la zone utile de 138,8 PPM à 3,2 PPM (valeur extrapolée à 11,72 T à partir des mesures magnétiques à 3T).

Dans sa forme standard, la double désintégration bêta est un processus par lequel un noyau se désintègre en un noyau différent et émet deux électrons et deux antineutrinos (2νββ). Cette transition nucléaire est très rare, mais elle a été détectée dans plusieurs noyaux grâce à des expériences complexes. Si les neutrinos sont leurs propres antiparticules, il est possible que les antineutrinos émis lors de la double désintégration bêta s'annihilent mutuellement et disparaissent. C'est ce qu'on appelle la double désintégration bêta sans neutrinos (0νββ), un phénomène jamais observé jusqu'à présent. Si 0νββ est détecté, cela permet de vérifier que les neutrinos sont leurs propres antiparticules, et ce serait un indice de la raison pour laquelle ils ont leurs minuscules masses - et s'ils ont joué un rôle dans l'existence de notre univers dominé par la matière. 

L'expérience CUPID-Mo, installée au Laboratoire Souterrain de Modane,  après une année de données entre mars 2019 et avril 2020 vient de fixer une nouvelle limite mondiale pour la détection de la signature 0νββ.

Après plus de quatre ans de travail de recherche et développement, conception et fabrication, le MFT (Muon Forward Tracker), un nouveau détecteur qui va équiper l’expérience ALICE au LHC, voit sa construction finalisée et en cours de commissioning au Cern. Dans le but de limiter autant que possible la quantité de matière traversée par les particules, la fabrication de ce détecteur a nécessité le développement de nombreuses techniques et procédures innovantes, en particulier dans l’intégration de capteurs silicium sur des circuits hybrides flexibles appelés échelles dont l’Irfu a eu la responsabilité au sein du projet. Pour fabriquer ces 500 échelles du MFT, deux années ont été nécessaires et une très longue séquence d’opérations a fait l’objet de nombreuses études sous la responsabilité de l’équipe de l’Antenne Irfu au Cern. La production de ces échelles vient de se terminer avec succès et c’est donc le temps d’en faire un court bilan.

L'expérience Double Chooz publie ses derniers résultats dans la revue Nature Physics. Après avoir triplé le volume de détection, une grande précision sur la valeur de l’angle θ₁₃ caractérisant les oscillations de neutrinos est atteinte avec sin²(2θ₁₃) = 0,105 ± 0,014; jolie synergie des neutrinistes de l'Irfu puisque cette mesure entre dans l'extraction du paramètre δ_CP par l'expérience T2K qui faisait la couverture de Nature en avril (voir Fait Marquant du 15 avril). Prochaine étape, le démantèlement des installations à Chooz, après sept années de prise de données. Une nouvelle métrologie des volumes de détection permettra encore d’affiner la connaissance de l’oscillation.

Dans le domaine de l’intelligence artificielle, la concurrence internationale est rude. Alors quand des chercheurs du CEA des instituts Joliot et Irfu tiennent la dragée haute aux start-ups et autres entreprises spécialisées en IA, on ne peut que leur tirer notre chapeau. Récit d’un succès dans le domaine de la reconstruction d’images IRM.

En 2016, l’annonce de la première détection directe d’ondes gravitationnelles a ouvert une nouvelle fenêtre d’observation pour sonder notre univers de manière inédite. L’observatoire spatial LISA (Laser Interferometer Space Antenna) promu par l’ESA (European Space Agency) permettra la détection directe d’ondes gravitationnelles indétectables par les interféromètres terrestres. Son lancement est prévu par l’ESA en 2034 et de nombreux travaux actuels explorent son potentiel scientifique, notamment au travers des LISA Data Challenges visant à exploiter des pseudo-données réalistes. Des chercheurs du DEDIP et du DPhN de l’Irfu ont récemment développé de nouvelles méthodes de détection d’ondes gravitationnelles inspirées de problèmes analogues en traitement d’image appliqué à l’astrophysique. Ces méthodes ont permis de répondre avec succès au dernier LISA Data Challenge.  Ces travaux, publiés dans la revue Physical Review D [1], ouvrent la voie à de nombreuses autres études et sont le fruit d’une approche transverse mêlant physique et traitement du signal. 

Voilà un mur que les White Walkers ne franchiront pas... 

Une collaboration internationale rassemblant l’Irfu (CEA, Université Paris-Saclay), l’Institut d’Astronomie de l’Université d’Hawaï, le LPC (Université Clermont Auvergne), l’IP2I (Université Claude Bernard de Lyon), et le Racah Institute of Physics (Université Hébraïque de Jérusalem), a découvert une immense structure dans la distribution des galaxies, baptisée "Mur du Pôle Sud". 

Grâce à une méthode fondée sur les champs de vitesses des galaxies, cette région du ciel, jusqu'à lors inconnue car masquée par des nuages moléculaires et de poussières situés en avant plan dans notre galaxie, apporte une nouvelle pièce au puzzle de la toile cosmique de notre Univers proche. Cette toile cosmique est constituée de nœuds connectés par des filaments,  séparant des vides. Les galaxies sont entrainées des vides vers les filaments puis vers les attracteurs gravitationnels situés aux nœuds de la toile. Les filaments, pris en sandwich entre des vides, peuvent prendre une forme aplatie pour constituer des murs. 

Le Mur du Pôle Sud a une section rectiligne immense (220 Mpc) aux extrémités desquelles il s'incurve pour épouser la frontière de Laniakea. 

Ces travaux sont publiés dans APJ journal https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab9952 

Ganil met en service son nouvel accélérateur linéaire supraconducteur (Linac – Figure 1). Cette accélérateur de forte puissance dote le Ganil de nouvelles possibilités en terme de faisceaux au service de la recherche en physique nucléaire. En fournissant des faisceaux d'une intensité allant jusqu'à 5 mA (3x10¹⁶ particules par seconde) le Linac de la nouvelle installation Spiral2 (Système de Production d’Ions Radioactifs en Ligne de 2^de génération) permettra aux différents programmes scientifiques et techniques du Ganil de franchir de nouvelles frontières. 

Un an et demi après la livraison du cryomodule prototype (CM00) à ESS, le premier cryomodule medium beta de série (CM01) vient à son tour d’arriver sur le site d’ESS. Celui-ci a quitté le CEA le 22 septembre 2020 pour un voyage de deux jours vers Lund en Suède. Les équipes de l’Irfu avaient au préalable validé les performances RF et cryogéniques de ce cryomodule. Il sera à nouveau testé sur le banc de test de ESS avant d’intégrer sa position finale dans le tunnel de l’accélérateur. C’est une première étape. A partir de l’année prochaine, ESS recevra ainsi en moyenne un cryomodule par mois pendant 3 ans.

Le 28 octobre 2014, le CEA signe un contrat avec le centre de recherche israélien de Soreq (SNRC) pour la réalisation d’un accélérateur nommé SARAF (Soreq Applied Research Accelerator Facility) par les équipes de l’Irfu. Cet accord se concrétise par des phases d’études préliminaires et détaillées sur une période de 18 mois (2015 et 2016) ouvrant vers une phase de construction, de tests et d’installation sur le site qui durera 6 ans.

Il s’agit de construire un accélérateur linéaire supraconducteur pouvant fournir des faisceaux de protons et de deutons d’énergie variable entre 5 et 40 MeV avec une intensité allant à terme jusqu’à 5mA. Cette installation est destinée à la recherche fondamentale et appliquée dans de nombreux domaines.

Le planning, associé à ce projet, comporte successivement la livraison et l’installation sur site puis les tests de trois sous-ensembles :

• La ligne moyenne énergie, MEBT (en 2020),
• Le premier cryomodule (en 2021),
• Les trois cryomodules restants (en 2022).

L’injecteur de protons du FAIR proton Linac qui doit être installé au GSI en 2020 est en phase de commissioning à Saclay depuis fin 2017. L’objectif était de caractériser le faisceau de protons qui sera injecté dans l’étage d’accélération suivant qui est un RFQ de type « Ladder-RFQ » actuellement en construction à l’université de Frankfort. L’injecteur a pu produire un faisceau d’une intensité totale de 140 mA avec 120 mA de protons transportés en fin de ligne basse énergie. L'émittance du faisceau mesurée après le cône d’entrée du RFQ est meilleure que les spécifications requises avec une valeur normalisée de 0.24 pi.mm.mrad Norm. Le cahier des charges est donc respecté et l’objectif est atteint pour l’Irfu.  L’injecteur est maintenant en phase de démontage avant envoi à GSI.

Le projet EUPRAXIA vient de terminer fin 2019 sa phase d'étude de conception avec la délivrance du Rapport de Design Conceptuel (CDR). L'implication forte de l'IRFU, notamment dans le domaine de physique du faisceau de particules, a permis de montrer que des solutions existent pour la réalisation d'un accélérateur à champ de sillage dans les plasmas, avec une qualité de faisceau approchant celle des accélérateurs conventionnels.
L'étude détaillée des mécanismes physiques a pu guider efficacement les simulations numériques, chacune durant plus de 10h sur 2048 nœuds de calcul, pour démontrer que tous les objectifs du faisceau à la sortie peuvent être atteints avec un plasma de longueur 30 cm, de densité électronique 1,10¹⁷ cm^-3, et un laser de puissance 400 térawatts, d'énergie 50 joules. Des méthodes innovantes ont été mises en œuvre pour pouvoir, sans dégrader le faisceau, l'accélérer et le conduire à travers les deux étages plasma jusqu'à l'utilisateur final. Une analyse des tolérances aux erreurs a permis d'identifier les composants les plus sensibles auxquels un soin particulier devrait être apporté lors de la fabrication et l'installation.

L'objectif principal de l'expérience KATRIN est la mesure de la masse des trois neutrinos du modèle standard de la physique des particules. Mais l'analyse du spectre de décroissance bêta du tritium permet également de rechercher la trace d'un hypothétique quatrième neutrino, appelé neutrino stérile. La collaboration vient de soumettre pour publication la première analyse (voir article) à partir de quatre semaines de données acquises en 2019. Pas de trace de ce quatrième neutrino, mais ce n'est qu'un début car la sensibilité va rapidement s'améliorer. Le spectromètre KATRIN démontre un fort potentiel pour étudier cette possible nouvelle facette du neutrino.

Dans le cadre d'un projet collaboratif entre la DES/DDSD et la DRF/Irfu, une étude de faisabilité du potentiel de la muographie pour l'auscultation des réacteurs nucléaires a été initiée en 2017. Après une première phase d'évaluation réalisée par l’Irfu au moyen de modélisations numériques, des premières prises de données ont été réalisées sur le bloc réacteur G2, situé au CEA Marcoule et arrêté au début des années 80, à partir de février 2020. Ces mesures ont permis de démontrer le potentiel de la technique, en identifiant des différences entre la structure réelle du réacteur G2 et le modèle 3D créé à partir des plans originaux de l'installation. Ces premiers résultats démontrent l'intérêt de l'utilisation de la muographie dans l'assainissement et le démantèlement des installations nucléaires, une des priorités actuelles du CEA. Pour la suite du projet il est envisagé de réaliser une tomographie 3D du réacteur en combinant des images prises à différentes positions. Il pourrait alors s’agir de la première image 3D de l'intérieur d'un réacteur en démantèlement, sans avoir recours aux rayonnements ionisants artificiels, ajoutant ainsi un nouvel outil d’inspection à la palette existante.

La mise en service progressive du tokamak japonais JT60-SA vient de passer un jalon important le 26 novembre : les 18 bobines toroïdales supraconductrices de la machine ont atteint leur température de fonctionnement nominal à 4.5 Kelvin (-269°C).

Pour que les images produites par le futur IRM ne subissent des déformations ou d'artefacts, le champ magnétique généré par l'aimant Iseult doit être homogène à 0,5 PPM (parties par millions) autour du cerveau du patient. Pour répondre à ce challenge, il a fallu prévoir des moyens de « réglage » (en anglais « shimming » – calage) du champ afin de corriger tous les petits défauts qui découlent inévitablement de la fabrication. 5904 pièces de shim (petites pastilles de fer) ont ainsi été vissées sur leurs rails et installées à l'intérieur du tunnel de l'aimant. Cette première configuration a été testée le jeudi 9 Juillet 2020 en cartographiant son effet sur le champ magnétique d’Iseult à 3 T. Les résultats sont très encourageants car la première itération a permis de faire passer l’homogénéité du champ dans la zone utile de 138,8 PPM à 3,2 PPM (valeur extrapolée à 11,72 T à partir des mesures magnétiques à 3T).

Un an et demi après la livraison du cryomodule prototype (CM00) à ESS, le premier cryomodule medium beta de série (CM01) vient à son tour d’arriver sur le site d’ESS. Celui-ci a quitté le CEA le 22 septembre 2020 pour un voyage de deux jours vers Lund en Suède. Les équipes de l’Irfu avaient au préalable validé les performances RF et cryogéniques de ce cryomodule. Il sera à nouveau testé sur le banc de test de ESS avant d’intégrer sa position finale dans le tunnel de l’accélérateur. C’est une première étape. A partir de l’année prochaine, ESS recevra ainsi en moyenne un cryomodule par mois pendant 3 ans.

Le 28 octobre 2014, le CEA signe un contrat avec le centre de recherche israélien de Soreq (SNRC) pour la réalisation d’un accélérateur nommé SARAF (Soreq Applied Research Accelerator Facility) par les équipes de l’Irfu. Cet accord se concrétise par des phases d’études préliminaires et détaillées sur une période de 18 mois (2015 et 2016) ouvrant vers une phase de construction, de tests et d’installation sur le site qui durera 6 ans.

Il s’agit de construire un accélérateur linéaire supraconducteur pouvant fournir des faisceaux de protons et de deutons d’énergie variable entre 5 et 40 MeV avec une intensité allant à terme jusqu’à 5mA. Cette installation est destinée à la recherche fondamentale et appliquée dans de nombreux domaines.

Le planning, associé à ce projet, comporte successivement la livraison et l’installation sur site puis les tests de trois sous-ensembles :

• La ligne moyenne énergie, MEBT (en 2020),
• Le premier cryomodule (en 2021),
• Les trois cryomodules restants (en 2022).

Après plus de quatre ans de travail de recherche et développement, conception et fabrication, le MFT (Muon Forward Tracker), un nouveau détecteur qui va équiper l’expérience ALICE au LHC, voit sa construction finalisée et en cours de commissioning au Cern. Dans le but de limiter autant que possible la quantité de matière traversée par les particules, la fabrication de ce détecteur a nécessité le développement de nombreuses techniques et procédures innovantes, en particulier dans l’intégration de capteurs silicium sur des circuits hybrides flexibles appelés échelles dont l’Irfu a eu la responsabilité au sein du projet. Pour fabriquer ces 500 échelles du MFT, deux années ont été nécessaires et une très longue séquence d’opérations a fait l’objet de nombreuses études sous la responsabilité de l’équipe de l’Antenne Irfu au Cern. La production de ces échelles vient de se terminer avec succès et c’est donc le temps d’en faire un court bilan.