Faits marquants 2008
Le projet Ifmif-Eveda1) consiste, en partie, en la construction d’un prototype accélérateur de deutons2) au Japon (Rokkasho-Mura) qui entrera en fonctionnement en 2013. Cette phase Eveda est l’étape de validation du projet Ifmif, qui se propose d’étudier la résistance de matériaux soumis à de très hauts flux de neutrons pour caractériser les matériaux de construction de Demo3).
Cet accélérateur linéaire,de très haute intensité (125 mA), produira un faisceau continu de deutons à environ 10 MeV. Pour conduire correctement ce faisceau à travers les divers éléments qui composent l’accélérateur, des diagnostics doivent être installés le long de la ligne. Leur rôle est de délivrer des informations telles que le profil, l’énergie, la position du faisceau en différents emplacements. La puissance maximale d’un tel faisceau est de 1.25 MW et interdit donc toute mesure basée sur son interaction directe avec un détecteur, qui serait destructive !
La puce électronique TimePix, associée à une chambre Micromegas a permis de donner des images tridimensionnelles numériques de traces de particules chargées, ouvrant ainsi la voie vers la réalisation de chambre à projection temporelles numériques (Digital Time Projection Chambers) auxquelles on pense pour équiper, par exemple, les détecteurs auprès du futur collisionneur linéaire international (ILC). L’innovation a consisté à ajouter à une puce plus classique des « horloges » autorisant la mesure du temps d’arrivée des signaux de détection.
Un prototype d’un nouveau type de détecteur de particules chargées vient d’être mis en œuvre avec succès par une équipe Irfu-Cern-Nikhef dans le cadre du projet européen Eudet.
L’aimant Iseult de 11,75 T corps entier qui devrait être installé à Neurospin en 2012 repoussera les limites de l'imagerie cérébrale. La réussite de ce projet franco-allemand passe par le développement de la station d’essai Seht qui enregistre ses premiers succès avec une première montée au champ nominal de 8 teslas début Octobre 2008
Les cavités supraconductrices sont un élément clé des accélérateurs du futur. Un nouveau traitement thermique permettant d’améliorer les performances des cavités supraconductrices en niobium vient d’être mis au point à Saclay. Ce procédé marque une avancée technologique indéniable par rapport à l’ancienne méthode, également proposée par Saclay et largement utilisée depuis plusieurs années dans les autres laboratoires internationaux. Ce nouveau traitement, plus rapide et ne nécessitant pas le maintien sous ultravide de la cavité, est particulièrement adapté à la production en masse de cavités. Il sera donc utilisé dans la préparation des 808 cavités qui composeront l’accélérateur linéaire supraconducteur XFEL. Ce résultat a été présenté à un colloque international à Pékin et a fait l’objet de deux publications.
Les nouveaux projets d'accélérateurs linéaires à électrons tels que XFEL (X-ray Free Electron Laser) et ILC (International Linear Collider), sont basés sur l’utilisation de la technologie supraconductrice, économiquement plus avantageuse. Les cavités accélératrices sont réalisées en niobium, matériau supraconducteur en dessous de 9,2 K, et elles sont caractérisées par deux grandeurs physiques :
- le facteur de qualité Q0, proportionnel à l'inverse de la résistance de surface;
- le champ accélérateur Eacc (MV/m).
Pour des questions de coût de construction et de fonctionnement, il faut optimiser la valeur de ces deux grandeurs (Q0 > 1010, Eacc > 30 MV/m).
Dans la nuit du 30 mai 2008, les deux dernières lignes d’Antares ont été connectées et mises sous tension à 2500 m au fond de la Méditerranée, portant à douze le nombre de lignes de détection et marquant ainsi la fin de la construction du plus grand télescope sous-marin à neutrinos jamais réalisé.
Immergées quelques semaines plus tôt, ces lignes rejoignent celles qui, depuis 2006, permettent de traquer les neutrinos cosmiques, témoins des phénomènes les plus violents de l’Univers.
Cet événement récompense les efforts de la collaboration européenne1 Antares, et en particulier ceux du CEA-Irfu, acteur majeur par ses contributions.
Le 14 novembre 2008, le solénoïde géant de CMS a produit avec succès son champ nominal de 4 T . Ce succès couronne les efforts de l'Irfu dans la conception et la réalisation du plus grand solénoïde supraconducteur du monde. Pendant cette période d’environ un mois, les équipes de CMS ont effectué une campagne de prise de données cosmiques ininterrompue avec le détecteur dans les conditions nominales, collectant ainsi 300 millions d'événements. Cette réussite a permis de mettre en valeur des compétences spécifiques à l’Irfu, notamment en matière de détection, de l’électronique à la reconstruction de traces en passant par les systèmes de contrôle.
Les physiciens des collaborations CDF et DZero, en combinant leurs analyses sur les données prises ces cinq dernières années au Tevatron de Fermilab (Chicago), ont fait un pas de plus vers la mise en évidence du boson de Higgs, chaînon manquant tant recherché du modèle standard. CDF et DZero ont annoncé le 3 août à la conférence internationale de physique des hautes énergies de Philadelphie que la combinaison de leurs analyses combinées exclut avec une grande probabilité (95%) que la masse du boson de Higgs se situe autour de 170 GeV/c2 (c’est-à-dire environ 170 fois la masse du proton). Cette exclusion est particulièrement intéressante car les limites indirectes obtenues précédemment tendaient à indiquer que la masse du boson de Higgs se situerait plutôt entre 115 et 190 GeV/c2. Le résultat du Tevatron, fruit d’une recherche directe, rétrécit donc le domaine possible de masse de ce boson. C’est aussi le premier nouveau résultat de recherche directe du boson de Higgs après les résultats obtenus à l’accélérateur LEP du Cern qui s’est arrêté en 2001.
Le positronium est un état lié entre un électron et son antiparticule, le positon. La production de nuages d’atomes de positronium dans le vide est une condition nécessaire pour réaliser de nouveaux types d’expériences en physique fondamentale sur la gravité et l’antimatière, mais offre aussi un intérêt certain comme sonde des matériaux poreux à l’échelle nanométrique. Une collaboration originale regroupant entre autres des physiciens de l’Irfu et de l’Iramis du CEA-Saclay a réussi à produire ce positronium à un taux record dans des conditions stables et contrôlées 1). Il s’agit d’une étape importante pour le programme visant à tester la gravitation de l’antimatière.
Peu après le démarrage du LHC le 10 septembre 2008 à 9h30, les interactions des premiers paquets de protons avec des détecteurs de faisceaux ont permis aux détecteurs du LHC d’enregistrer leurs premiers événements. Le scénario préparé de longue date pour la distribution et le traitement des données a été mise en route dans la foulée avec la distribution des données vers le centre Tier0, puis vers les onze centres Tier1 et enfin vers les centres Tier2.
C’est ainsi que les premières données sont arrivées au centre de calcul de Lyon (Tier1 français) vers 18 h 30 pour être reconstruites et exportées vers les Tier2. Grif a reçu ses premières données à analyser vers 4 h 30 le 11 septembre 2008.
La partie haute énergie de l’accélérateur linéaire de SPIRAL2 (nouvel accélérateur pour 2012 du GANIL1) comprend deux familles de cavités supraconductrices. Le service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme de l’Irfu est en charge de la série de douze cryomodules2 du premier type qui sera installée juste en sortie de l’injecteur.
Le 8 décembre 2008, les tests en puissance du cryomodule de qualification ont été effectués avec succès : la cavité a atteint un gradient accélérateur de 10.3 MV/m (Millions de Volts par mètre), bien supérieur à la valeur spécifiée de 6.5 MV/m.
η b, c’est le nom de la particule récemment découverte par les physiciens de l’expérience BaBar. Cet état fondamental du «bottomonium», ensemble des particules formées d’un quark b et d’un antiquark b , était recherché depuis plus de 30 ans et a été identifié dans les désintégrations de la particule Y(3S), un état excité du bottomonium, à partir des dernières données prises en 2008 par l’expérience BaBar. La mesure précise des caractéristiques de cette nouvelle particule est déterminante pour le test et la détermination des paramètres des modèles théoriques de l’interaction forte.
L’expérience BaBar qui se déroule auprès de l’accélérateur PEP-II au SLAC (Californie) prend des données depuis dix ans et a accumulé une telle quantité d’événements qu’elle permet de sonder les aspects les plus subtils à mettre en évidence du modèle standard de la physique des particules et de la théorie quantique des champs. En analysant au fil du temps les systèmes particule-antiparticule de mésons B produits en abondance, une équipe de chercheurs à laquelle participe l’Irfu/SPP a pu ainsi montrer que puisque l’Univers ne présentait pas de direction privilégiée, l’invariance de Lorentz, pierre de touche de la physique moderne, était bien respectée. Cette analyse originale se rapproche conceptuellement de la fameuse expérience de Michelson et Morley qui a démontré l’invariance de la vitesse de la lumière.
Dans le cadre du 7ème programme cadre de recherche et développement (PCRD) de l’Union Européenne, un chercheur confirmé de l'Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l'Univers (Irfu) du CEA, Jean-Luc Starck, s’est vu attribuer par le Conseil européen de la recherche (ERC) une subvention de 2,2 million d’euros, sur une période de 5 ans. Il a été distingué pour son projet de recherche dans le domaine des statistiques, du traitement de signal et d’image, et ses applications en astrophysique.
