Faits marquants 2016
Le conseil d’administration de l’observatoire CTA s’est réuni le 13 juin 2016 à Munich et a choisi Bologne pour accueillir le quartier général du plus grand réseau de télescopes à rayons gamma au monde, et DESY Zeuthen, près de Berlin, pour abriter son centre de données scientifiques. Cette décision marque une étape cruciale dans la construction de l’observatoire.
CTA (Cherenkov Telescope Array) est un futur observatoire mondial pour l’exploration du ciel en rayons gamma de très haute énergie. Son but est d’étudier les phénomènes les plus violents de l’Univers et de contribuer, entre autre, à résoudre l’énigme de l’origine du rayonnement cosmique et les mystères entourant la matière noire. Afin de couvrir la totalité du ciel nocturne il sera doté de deux réseaux avec respectivement une vingtaine de télescopes dans l’hémisphère nord et une centaine de télescopes dans l’hémisphère sud.
CTA sera construit par un consortium international qui rassemble 1300 scientifiques et ingénieurs répartis dans 200 laboratoires de 32 pays dans le monde, incluant une importante composante européenne et en particulier française (1). L’instrument sera géré par une entité légale (2), le CTA Observatory (CTAO) qui coordonnera la construction et l’opération des télescopes.
Les 4 et 5 février derniers se sont déroulées les Journées Industrielles pour le projet ESS, la nouvelle source européenne de neutrons actuellement en cours de construction à Lund en Suède (https://europeanspallationsource.se/). Cette deuxième rencontre, organisée conjointement par le Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, le CNRS et le CEA, a réuni un public nombreux et divers (délégation ESS, académiques et industriels). A cette occasion l'Irfu, le LLB (laboratoire Léon Brillouin) et l'IPNO (institut de physique nucléaire d'Orsay) ont ouvert les portes de leurs laboratoires.
Une équipe internationale menée par des chercheurs du Service d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA-Irfu a découvert une gigantesque nébuleuse de gaz ionisé, plus de 300 000 années-lumière, au sein de l’amas de galaxies distant CL J1449+0856. Elle a été détectée à partir de l’émission d’une raie de l’hydrogène provenant d’un énorme réservoir de gaz chaud, probablement ionisé par les radiations de deux quasars lumineux de l’amas. C’est la première fois qu’une telle émission est observée dans un milieu où est également présent un plasma chaud détecté en rayons X. Les chercheurs pensent que l’interaction entre ces deux composantes gazeuses provoque une évaporation très rapide de la nébuleuse observée, ce qui implique des mécanismes très efficaces pour l’alimenter de manière continue. Cette découverte suggère aussi l’existence d’un lien physique très fort entre les nébuleuses géantes Lyman alpha et les premières étapes de l’évolution des plus grandes structures gravitationnellement liées de l’Univers. Ces travaux sont publiés par Francesco Valentino et ses collaborateurs dans la revue The Astrophysical Journal.
L’étude de la dynamique du gaz des amas de galaxies est un outil majeur pour comprendre la formation et l’évolution de ces grandes structures de l’Univers.
Effets de la gravitation exercée par la matière noire de l’amas et de l’activité de ses galaxies, les mouvements du plasma sont un ingrédient pour la compréhension de ces systèmes. Grâce à ses performances sans précédent en spectroscopie des rayons X, l’instrument SXS à bord du satellite Hitomi a permis de mesurer très précisément la vitesse de plusieurs éléments chimiques du milieu intra-amas dans la région centrale de l’amas de galaxies de Persée. Malgré la présence dans cette région du très actif noyau de galaxie NGC1275, les mouvements du gaz indiquent de manière surprenante que le milieu intra-amas est relativement calme et que la turbulence ne joue pas un rôle majeur. Ce travail est publié dans la revue Nature du 7 juillet 2016 par la collaboration Hitomi à laquelle participe des chercheurs du Service d’Astrophysique du CEA-Irfu de Saclay. Il résulte d’observations effectuées par le satellite Hitomi avant sa défaillance fin mars 2016.
Le satellite d’astronomie X Astro-H a été lancé avec succès par l’agence spatiale japonaise JAXA le 17 février à 17h45 (9h45 à Paris) depuis le centre spatial de Tanegashima au Japon. La mise à poste du satellite sur son orbite nominale s’est effectuée 14 min plus tard et les premières étapes de vérification des différents systèmes ont débuté. ASTRO-H est une mission JAXA/NASA avec un leadership japonais et une participation de l’ESA. Cet observatoire de nouvelle génération a pour objectif scientifique l’observation et l’étude de l’Univers chaud et énergétique. Astro-H embarque plusieurs instruments qui combinés couvrent la gamme d’énergie 0.3-600 keV. Parmi les instruments, le plan de détection du spectromètre SXS est équipé de matrices de microcalorimètres X, une première dans ce domaine. Ces détecteurs, refroidis à une température proche du zéro absolu, permettront d’atteindre des performances inégalées en terme de résolution spectrale, supérieure d’un ordre de grandeur aux instruments actuellement en opération. Le CEA participe à la mission via la contribution de l’ESA et du CNES, tant du point de vue expérimental que scientifique.
Une fois le satellite placé sur son orbite et selon une tradition japonaise, la JAXA a dévoilé le nom maintenant d'usage de la mission, "Hitomi".
L’injecteur du projet IFMIF/EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activities), vient d’être inauguré ce 21 avril en présence de l’Administrateur Général du CEA, Daniel Verwaerde, sur le site de Rokkasho au Japon. Conçu et réalisé par les équipes de l’Irfu , il est constitué d’une source d’ions et d’une ligne de transport équipée de lentilles magnétiques et de systèmes de diagnostic. Après avoir été testé sur le site de Saclay en 2012, l’ensemble des éléments a été transféré à Rokkasho fin 2013 pour intégration sur l’accélérateur. Depuis 2014 les équipes françaises et japonaises ont effectué de nombreux tests, d’abord en protons puis en deutons. La dernière campagne de mesure, effectuée début 2016, a permis de vérifier le parfait comportement de l’injecteur. Il est capable de livrer un faisceau d’ions deutérium avec des caractéristiques d’intensité de 114 mA, et d’émittance de 0.26 pi.mm.mrad. La dimension et la divergence du faisceau battent un record mondial à ce jour !
Oui, c’est possible ! Ce 11 avril, le projet IPHI a livré une première démonstration de la faisabilité d’un injecteur de protons accélérant un faisceau jusqu’à 3 MeV et visant un courant continu de 100mA. A terme, le projet figurera en tant que référence technologique pour le domaine basse énergie des accélérateurs à forts courant. Le projet IPHI est un démonstrateur de la partie à basse énergie des accélérateurs fort courant. Ce prototype permettra de disposer de références technologiques pour les choix techniques des futurs accélérateurs. Ce projet est réalisé en collaboration entre le CEA, l'IN2P3 et le CERN.
75 mA à 3MeV:
Une fois le conditionnement nominal du RFQ (Radio frequency quadrupole) atteint, un faisceau pulsé à 1Hz de 100 mA a été accéléré à 3 MeV avec une transmission de 91% représenté sur la figure 1. Ce premier faisceau d’optimisation a permis de débugger le contrôle-commande, les paramètres de transport de faisceau (aimants de focalisation et de guidage) et les diagnostics de caractérisation du faisceau.
Dans un volume spécial de la revue internationale Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy de novembre 2016 consacré à l’étude des interactions de marées, deux chercheurs de l’Université de Namur et du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu viennent de calculer l’évolution des orbites de planètes de différentes masses, proches d’une étoile centrale de petite masse. Leur modèle est le premier à prendre en compte simultanément l’évolution au cours du temps de la structure et de la rotation de l’étoile centrale et son impact sur les interactions de marées entre étoile et planète. Ils démontrent que les orbites de planètes proches peuvent être fortement influencées par les changements de la structure et de la rotation de l’étoile qui peuvent conditionner ainsi la survie ou la disparition de la planète.
Dans un volume spécial de la revue internationale Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy de novembre 2016 consacré à l’étude des interactions de marées, deux chercheurs de l’Université de Namur et du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu viennent de calculer l’évolution des orbites de planètes de différentes masses, proches d’une étoile centrale de petite masse. Leur modèle est le premier à prendre en compte simultanément l’évolution au cours du temps de la structure et de la rotation de l’étoile centrale et son impact sur les interactions de marées entre étoile et planète. Ils démontrent que les orbites de planètes proches peuvent être fortement influencées par les changements de la structure et de la rotation de l’étoile qui peuvent conditionner ainsi la survie ou la disparition de la planète.
Mardi 13 décembre 2016, un chercheur de l’Irfu/SPP a présenté au Cern, au nom de la collaboration Atlas, la première mesure de la masse du boson W effectuée avec les données du LHC. Les données analysées sont celles des collisions proton-proton enregistrées en 2011 à une énergie de collision de 7 TeV et correspondent à une luminosité intégrée de 4,6 fb-1. La valeur mesurée est 80370 ± 19 MeV, compatible avec la prédiction du modèle standard et avec la moyenne mondiale des mesures précédentes. Le résultat présenté par Atlas égale en précision la mesure de l'expérience CDF au TeVatron, la plus précise à ce jour.
Le LHC a démarré sa deuxième période de prise de données en 2015 à une énergie encore jamais atteinte par un collisionneur, permettant aux expériences Atlas et CMS d’étudier environ 3 fb-1 de données à la recherche de physique non standard. Le 13 juin 2016, les deux collaborations ont simultanément soumis à publication les résultats de leurs recherches de nouvelles résonances se désintégrant en deux photons dans les données enregistrées à 13 TeV en 2015 (Atlas et CMS) et à 8 TeV en 2012 (CMS). Atlas a proposé ses résultats au Journal of High Energy Physics, JHEP, et CMS à Physcal Review Letters.
En utilisant plusieurs milliers d’images des lunes de Saturne délivrées par la sonde Cassini (NASA/ESA), une équipe internationale menée par un astronome de l’Observatoire de Paris au sein de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (Observatoire de Paris/CNRS/UPMC/Université Lille 1), en collaboration avec des chercheurs du CEA, est parvenu à mettre en évidence de toutes petites fluctuations du champ gravitationnel de la planète. Ces résultats d’une extrême finesse sont issus d’une série de travaux menés par la même équipe sur l’écosystème de Saturne et devraient permettre de mieux mesurer les propriétés du coeur de Saturne. Ces résultats sont sous presse dans la revue Icarus et font l'objet d'un film d'animation
Les chercheurs du CEA et de l’Université Paris-Diderot pensent avoir débusqué le phénomène à l’origine de l’isolation thermique exceptionnelle des petits corps glacés, situés au-delà de Jupiter : une sous-couche de glace d’eau amorphe, quelques centimètres en dessous de leur surface. Désormais, ils comprennent mieux pourquoi ces corps sont incapables d’emmagasiner la chaleur du Soleil. Ces travaux sont publiés dans le volume d’avril de la revue Astronomy & Astrophysics.
Le LHC a démarré sa deuxième période de prise de données en 2015 à une énergie encore jamais atteinte par un collisionneur, permettant aux expériences Atlas et CMS d’étudier environ 3 fb-1 de données à la recherche de physique non standard. Le 13 juin 2016, les deux collaborations ont simultanément soumis à publication les résultats de leurs recherches de nouvelles résonances se désintégrant en deux photons dans les données enregistrées à 13 TeV en 2015 (Atlas et CMS) et à 8 TeV en 2012 (CMS). Atlas a proposé ses résultats au Journal of High Energy Physics, JHEP, et CMS à Physcal Review Letters.
La collaboration D0, dont le coordinateur de la Physique est un physicien de l’Irfu, vient d’annoncer l’observation d’un tout nouveau tetraquark, assemblage de quatre quarks, appelé X(5568). La famille de ces particules exotiques s’enrichit pour la première fois d’un membre composé de quatre quarks de saveurs différentes : up, down, étrange et beau. Les résultats de cette analyse ont été soumis à la revue Physical Review Letters en février 2015. Cette découverte ouvre une nouvelle fenêtre sur l’interaction forte qui lie les quatre quarks entre eux et aide les théoriciens à développer les modèles : trois semaines après l'annonce, on compte déjà une vingtaine d'interprétations théoriques publiées sur le site ArXiv.
La collaboration Double Chooz vient de présenter au CERN de nouveaux résultats fondés sur l’apport des données du détecteur « proche » localisé à 400 m des réacteurs nucléaires de Chooz. Ce détecteur permet désormais la mesure la plus précise de la section efficace des antineutrinos de réacteur, avec une incertitude de 1.2%. Par ailleurs les mesures concernant les oscillations de neutrinos ont été affinées.
Lors des 51èmes Rencontres de Moriond (La Thuile, Italie) la collaboration Double Chooz a affiné sa mesure de la disparition d'antineutrinos en provenance du réacteur nucléaire de la centrale de Chooz dans les Ardennes. Ces nouveaux résultats sont fondés sur la comparaison des données du détecteur proche (400 m, 9 mois de données) et lointain (1.1 km, 2 ans de données). La nouvelle valeur mesurée est sin2(2θ13) = 0.111±0.018. Ainsi la sensibilité de l’expérience anticipée dans la lettre d’intention (2004) est déjà atteinte. Ces résultats seront encore améliorés avec plus de données. La nouvelle valeur de θ13 mesurée par Double Chooz dépasse celle de l’expérience Daya Bay, d’environ 30 %, se rapprochant ainsi de la valeur mesurée par les expériences T2K and NOvA exploitant les neutrinos issus d'accélérateurs de particules.
L’observatoire H.E.S.S. en Namibie traque la matière noire sous forme de WIMPs via la détection des rayons gamma produits lors de leur annihilation. A l’aide des 4 télescopes Tcherenkov phase 1, H.E.S.S. recherche le signal gamma de ces particules candidates à la matière noire dans les régions denses de l’Univers. L’analyse de l’ensemble des observations du centre de la Voie Lactée accumulées pendant les 10 ans de la phase 1 de H.E.S.S. permet de poser les contraintes les plus fortes à ce jour pour des WIMPs dans la plage en masse du TeV. Pour la première fois, les observations gamma au sol permettent de sonder les sections efficaces d’annihilation attendues par la densité relique thermique de particules de matière noire. Ces résultats viennent d’être publiés dans Physical Review Letter.
Sur les hauts plateaux Khomas de Namibie, trônent les 5 télescopes imageurs à effet Cherenkov de H.E.S.S.. Situés ainsi dans l’hémisphère Sud, ils sont idéalement placés pour scruter les phénomènes violents à l’œuvre dans les 300 parsecs centraux de la Voie Lactée. Leur quête? Traquer les rayons cosmiques galactiques à haute énergie, allant du Téra au Pétaélectronvolt (1012 à 1015 eV) pour comprendre leur origine. Ainsi, la mise en évidence d’un accélérateur de protons au PeV, un « PeVatron », avec l’appui de dix années de prise de données est une première historique. Ces protons sont 100 fois plus énergétiques que ceux produits par le plus performant accélérateur construit par l’homme. Plus étonnant encore, l’existence du PeVatron est très probablement liée à la présence d’un objet hors du commun : Sagittarius A*, le trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie. Ce résultat remet aujourd’hui en question l’origine du rayonnement cosmique galactique aux plus hautes énergies, attribuées aux seuls vestiges de supernova. Il laisse également entrevoir d’importantes implications sur la physique des trous noirs en accrétion.
Intervenant : Emmanuel Moulin SPP/ Irfu / CEA
Réalisation : Alice Mounissamy – communication de l’Irfu / CEA
Un des instruments du satellite INTEGRAL qui surveille le ciel en permanence était actif au moment de la découverte de la première onde gravitationnelle GW150914 résultant de la fusion de deux trous noirs, mesurée par l'instrument LIGO. Il a permis de rechercher l'existence d'une source de lumière de haute énergie associée à cet événement exceptionnel. Grâce à un détecteur couvrant la quasi totalité du ciel, INTEGRAL a permis de conclure qu'au moment exact du passage de l'onde gravitationnelle dans l’environnement de la Terre, aucune émission forte de rayons gamma n'est apparue. En théorie, la fusion de deux trous ne s'accompagne d'aucune émission lumineuse et cette observation conforte ce scénario. La capacité du satellite INTEGRAL à détecter des évènements brefs et soudains dans le ciel (comme pour ses multiples détections de sursauts gamma) pourra s'avérer en revanche très précieuse pour d'autres événements d’ondes gravitationnelles telle que la fusion d'étoiles à neutrons ou les explosions d’étoiles très massives, sources potentielles d’ondes gravitationnelles et de rayonnement gamma. Ces résultats sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters du 30 mars 2016.
L’analyse de l’émission X et gamma du microquasar V404 Cygni a conduit à la découverte d'intenses bouffées de plasma constitué d’électron et de son antiparticule le positron. Ce résultat, basé sur l'étude par le spectromètre INTEGRAL/SPI d'un remarquable épisode d'activité de la source en juin 2015 désigne les microquasars comme des pourvoyeurs efficaces de plasmas de paires, des « usines à antimatière » en quelque sorte. La source V404 Cygni montre une variété de sursauts, certains atteignant des records de brillance en rayons gamma. Cette diversité est décrite en détail dans une étude complémentaire qui conclut que dans le système, des éjections de matière à très grande vitesse ont lieu dans des jets. Ces différentes observations et leurs implications soulignent le rôle clé joué par les microquasars pour expliquer l’émission diffuse de photons d’annihilation observée dans le bulbe galactique et l’origine encore mal connue du fond diffus gamma galactique. Ces travaux sont l’objet de deux publications, l’une placée sous la direction d’une équipe du Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) de Garching en Allemagne et publiée dans la revue Nature du 29 février 2016 et la seconde pilotée par les chercheurs du Service d’Astrophysique/laboratoire AIM (SAp) du CEA-Irfu et parue dans le journal Astronomy and Astrophysics fin 2015. Dans les deux cas, les chercheurs du MPE et du SAp se sont associés pour exploiter avec d'autres collaborateurs les données du satellite Integral, seul observatoire actuellement en opération permettant de mener à bien de telles études.
Le satellite d’astronomie X Astro-H a été lancé avec succès par l’agence spatiale japonaise JAXA le 17 février à 17h45 (9h45 à Paris) depuis le centre spatial de Tanegashima au Japon. La mise à poste du satellite sur son orbite nominale s’est effectuée 14 min plus tard et les premières étapes de vérification des différents systèmes ont débuté. ASTRO-H est une mission JAXA/NASA avec un leadership japonais et une participation de l’ESA. Cet observatoire de nouvelle génération a pour objectif scientifique l’observation et l’étude de l’Univers chaud et énergétique. Astro-H embarque plusieurs instruments qui combinés couvrent la gamme d’énergie 0.3-600 keV. Parmi les instruments, le plan de détection du spectromètre SXS est équipé de matrices de microcalorimètres X, une première dans ce domaine. Ces détecteurs, refroidis à une température proche du zéro absolu, permettront d’atteindre des performances inégalées en terme de résolution spectrale, supérieure d’un ordre de grandeur aux instruments actuellement en opération. Le CEA participe à la mission via la contribution de l’ESA et du CNES, tant du point de vue expérimental que scientifique.
Une fois le satellite placé sur son orbite et selon une tradition japonaise, la JAXA a dévoilé le nom maintenant d'usage de la mission, "Hitomi".
La nébuleuse du Crabe, longtemps considérée comme une source étalon, a vu récemment ce statut remis en cause par l’observation en gamma de haute énergie de brefs et intenses épisodes d’activité. Une équipe franco-irlandaise (Service d’Astrophysique du CEA–Irfu et du centre for Astronomy de l'Université de Galway) vient de renforcer ce constat en mettant en évidence pour la première fois un changement de polarisation de la lumière visible et gamma de la région centrale de la nébuleuse entre 2005 et 2012. Ce résultat est le fruit d’un programme combinant des observations menées au télescope de 5 mètres du mont Palomar avec le polarimètre GASP de l’Université de Galway, par le satellite d’astronomie gamma Integral et provenant de données d’archives du télescope spatial Hubble. Le changement de polarisation observé pourrait être lié selon les chercheurs à des processus de réarrangement du champ magnétique et leurs effets sur un flux de particules énergétiques dans une région proche du pulsar central. Ces travaux sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society et objet de l’image du mois sur le site Integral de l’Agence spatiale européenne (ESA).
Des observations de Malin 1, une galaxie voisine et un prototype parfait des "galaxies géantes avec une faible luminosité de surface», ont permis à une équipe internationale comprenant un chercheur du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-IRFU de faire une découverte inattendue qui remet en question les hypothèses sur le processus de formation des galaxies de ce type. Il suggère que le disque géant de Malin-1, le plus grand connu dans l'univers, n'est pas la conséquence d'une collision, mais est en place depuis plusieurs milliards d'années, et les étoiles y sont formés de façon modérée mais stable sur un long terme. En raison de leur aspect diffus et leur très faible brillance, ces galaxies massives sont difficiles à observer et demeurent mal connues aujourd'hui. Elles pourraient être une fraction importante des galaxies dans l'univers, car de nombreux objets semblables à Malin 1 pourraient avoir échappé à notre vigilance.
L'article, publié dans la revue Astronomy and Astrophysics, présente pour la première fois des images de Malin 1 obtenues à six longueurs d'onde différentes - de l'ultraviolet par le projet GUViCS1 à l'optique et proche infrarouge par le biais du projet NGVS1 avec la caméra MegaCam développée au CEA et installée sur le Télescope Canada-France-Hawaii (CFHT) [1]. Initialement prévu pour étudier l'amas de galaxies de la Vierge, ces grandes campagnes d'observation permettent également de travailler sur d'autres objets dans l'arrière-plan de cet amas, comme cela est le cas dans cette étude.
En combinant des observations multi-longueur d'ondes obtenues depuis l'espace avec les satellites Planck et WISE et au sol avec le CFHT, une équipe de chercheurs notamment du CNRS et du CEA est parvenu à sonder la structure de la matière interstellaire avec une finesse inégalée. L'étude a en particulier permis de déterminer les propriétés de la turbulence interstellaire sur une gamme d'échelles spatiales encore jamais atteinte: de 10 pc à 0.01 pc. L’innovation principale de ces travaux est l’utilisation d’un télescope optique (le CFHT) pour étudier la structure de la matière à très grande résolution spatiale, ce que ne permettent pas les observations classiques du milieu interstellaire effectuées dans l'infrarouge. Ces travaux sont publiés dans la revue Astronomy and Astrophysics.
La comparaison des calculs ab initio et des données expérimentales a fait l’objet d’un travail original initié par les physiciens du Service de Physique Nucléaire du CEA-Saclay : pour la première fois, l’étude menée associe deux types d’observables fondamentales du noyau : la masse (énergie de liaison de l’état fondamental) et la taille en termes de rayon nucléaire, sous la forme du rayon quadratique moyen de la densité de matière (ensemble des nucléons, protons et neutrons), et la comparaison proposée est étendue aux isotopes les plus riches en neutrons. Ce travail, publié le 27 juillet 2016 dans la revue Physical Review Letters, a été présenté comme « suggestion de l’éditeur » (highlight). Les résultats mettent en relief les observables clés sur lesquelles bâtir notre compréhension générale de la description des noyaux atomiques, en les reliant aux forces ab initio. La comparaison avec plusieurs techniques de calcul a été réalisée en collaboration avec des théoriciens de l'université du Surrey, de Triumf, et de MSU.
La collaboration n_TOF, dont l'Irfu et l’IPN Orsay comptent parmi les membres fondateurs les plus actifs, étudie au Cern depuis une quinzaine d'années les réactions entre neutrons et noyaux atomiques, aidant à comprendre comment la matière est structurée et s’organise à l’échelle nucléaire. Au-delà de l'intérêt intrinsèque de l’étude de la matière nucléaire, les réactions induites par neutrons jouent un rôle clé dans le domaine de la technologie nucléaire et dans l'étude de la nucléosynthèse primordiale et stellaire en astrophysique. En particulier, le problème du lithium cosmologique a été étudié récemment dans la toute nouvelle zone d'expérimentation EAR2 avec une mesure de la réaction 7Be(n,?)4He. Les résultats, qui viennent d'être publiés dans la prestigieuse revue à fort impact Physical Review Letters [1], permettent d’affiner notre compréhension de la nucléosynthèse primordiale et excluent un rôle important de cette réaction dans le problème du lithium cosmologique.
Au cœur des dernières innovations pour la détection de particules, l’Irfu a développé des télescopes à muons très performants réalisant des cartographies 2D en densité (ou « muographies ») d’une précision remarquable. Equivalent à un télescope optique qui permet de voir la matière éclairée par la lumière visible, un télescope à muons permet de sonder l’intérieur de grandes structures denses grâce à ces particules élémentaires qui nous arrivent naturellement de l’atmosphère. En juin 2016, une équipe de l’Irfu rejoint la mission ScanPyramids en déployant trois télescopes à muons autour de la pyramide de Kheops. Ils pointent alors vers l’arête Nord-Est de la pyramide, et plus précisément vers une encoche située à 150 m de distance où se cache une petite cavité d’environ 9m² déjà repérée par les égyptologues. Le but de cette campagne de mesure est de valider les performances des télescopes en détectant cette cavité cachée 5 m sous l’arête et invisible depuis le sol.
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Après plus de 60 jours de données et plus de 50 millions de muons enregistrés, le dispositif de l’Irfu a permis non seulement de retrouver la cavité attendue, mais de révéler une nouvelle cavité similaire à environ 105 m de hauteur. |
Une collaboration internationale de chercheurs (Oxford, AWE, CEA, LULI, Observatoire de Paris, Université du Michigan, Université de York et STFC Rutherford Appleton Laboratory) a réussi pour la première fois à générer en laboratoire l'analogue d'un choc violent qui est produit quand de la matière tombe à très grande vitesse sur la surface d'étoiles extrêmement denses appelées naines blanches. Comprendre la physique de ces objets astrophysiques est crucial car ils sont considérés comme les progéniteurs possibles des supernovae thermonucléaires, des supernovae utilisés dans la cosmologie pour mesurer l'accélération de l'expansion de l'univers liée à l'énergie sombre. Pour effectuer cette expérience d'astrophysique, les scientifiques ont utilisé le laser de puissance Orion, basé à Aldermaston (Royaume-Uni) pour bombarder une cible de taille millimétrique et produire un flux de plasma chaud pour une durée extrêmement courte (moins de 100 nanosecondes) [1].
Des travaux théoriques récents ont montré, à l'aide de lois d'échelle adaptées, que cette expérience à très petite échelle est équivalente à son homologue cosmique ce qui en fait une réplique valable. Les lasers de puissance peuvent donc être utilisés comme des microscopes pour explorer, au cours de quelques nanosecondes, les processus de rayonnement de haute énergie venant de régions largement non résolues par les télescopes les plus puissants. L'expérience Orion, qui est la première expérience académique sur cette installation, confirme que ces chocs d'accrétion, qui jusqu'ici ne pouvaient pas être accessibles au laboratoire il y a quelques années à l'échelle exacte, peuvent maintenant y être produits couramment. Ces résultats sont publiés dans Nature Communications du 13 juin 2016.
La découverte des oscillations de neutrinos est une avancée majeure dans l'histoire des particules élémentaires. Ces particules de matière les plus abondantes dans l'univers ont une masse non nulle et les trois états connus de neutrinos se mélangent les uns aux autres pendant leur propagation.
Un travail publié par le CEA-Irfu a déclenché un regain d’activité sur la thématique des neutrinos stériles. Cet article démontre qu’un déficit moyen de 7% de neutrinos est détectés par rapport aux prédictions théoriques. C'est l'anomalie des neutrinos de réacteur. Par analogie avec les déficits connus de neutrinos induits par les oscillations dans les secteurs solaire et atmosphérique, ce nouveau déficit à courte distance peut être interprété par l'existence d'un nouvel état de neutrino, un neutrino stérile. Si elle est prouvée, l'existence de cette particule serait une découverte majeure, avec un impact fort dans la physique des particules et la cosmologie.
Dans les trois ans du projet, Stéréo propose la réalisation d’une mesure de précision à moins de 10 m du cœur compact du réacteur de recherche ILL (Grenoble, France). Le concept de détection est basé sur l'interaction des neutrinos dans un scintillateur liquide (LS). Le volume cible est segmenté suivant la direction du cœur en 6 cellules (1,0 x 1,0 x 0,4 m3). Elles sont remplies de LS dopé au Gd en vue de signer la capture radiative du neutron, corrélée avec l'annihilation d’un positron. Une couronne externe, remplie de LS sans Gd, récupère une partie des fuites de rayons pour améliorer l'efficacité de détection et la résolution en énergie.
Installation à Grenoble
Printemps 2016 : Montage du détecteur interne au CNRS/LPSC de Grenoble et transport vers l'ILL:
Eté 2016 : Etapes d'assemblage des blindages plomb (Pb), polyéthylène (PE) et magnétique (mumétal) sur l'aire de montage du réacteur:
Automne 2016 : Mise en place de l'ensemble détecteur + blindage sur le site du réacteur. Les 93 tonnes (!) sont déplacées sur coussins d'air depuis l'aire de montage jusqu'à la casemate de prise de données. Avec cette technologie un homme aurait suffit pour le déplacer. Mais bon, le réacteur a insisté pour que le déplacement soit complètement sécurisé par un rail de guidage ancré au sol et des câbles d'amarrage répartis devant et derrière Stereo... alors on a fait comme ça.
La collaboration T2K a présenté de nouveaux résultats sur les oscillations des neutrinos à la 27ème Conférence sur la Physique du Neutrino (Neutrino 2016) à Londres. Les nouvelles données indiquent des probabilités d'oscillation différentes pour les neutrinos et les antineutrinos, une différence qui pourrait être liée à la violation de la symétrie de charge-parité. Les neutrinos pourraient ainsi détenir une des clés pour expliquer la différence entre matière et antimatière, une des questions les plus profondes sur l'évolution de l'Univers.
Pour mesurer les oscillations de neutrinos, l’expérience T2K, utilisant le faisceau de neutrinos produit par l’accélérateur du laboratoire JPARC au Japon, compare les nombres de neutrinos muoniques et électroniques interagissant avec un détecteur proche de ceux interagissant avec un détecteur lointain. Pour ce faire, il faut maîtriser précisément la probabilité d’interaction, ou section efficace, des neutrinos avec les nucléons (protons et neutrons) des noyaux constituant la cible des détecteurs. C’est ce que réalise le groupe T2K du SPP qui a mesuré la section efficace de la réaction (νμ + n → μ- + p+), mesure faite pour la première fois dans T2K en fonction de l'impulsion et de l'angle du muon. Ceci permet d’étudier précisément les « effets nucléaires », autrement dit le fait que le neutron cible n’est pas libre mais lié au cœur de noyaux atomiques. Les résultats, en cours de publication dans Physics Review D, ouvrent la voie dans T2K à la mesure des effets nucléaires dans les interactions neutrinos/nucléons. Effets qui constituent aujourd'hui la source d'incertitude systématique la plus importante pour les futures mesures d'oscillation de neutrinos.
