Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique

Un nouveau chantier s’ouvre aujourd’hui, vendredi 15 juin 2018, au LHC, le grand collisionneur de hadrons. Initié en 2011, ce projet vise à mettre en service d’ici à 2026 un LHC haute luminosité (HL-LHC) qui permettra d’augmenter le nombre de collisions protons-protons et de récolter davantage de données. La France contribue de manière importante à ce projet (à hauteur de 180M€, masse salariale incluse). Les équipes du CNRS et du CEA participent en particulier à la recherche et aux développements technologiques sur les aimants supraconducteurs ainsi qu’à la jouvence des détecteurs et de l’accélérateur. Côté français, ce sont ainsi plus de 400 scientifiques qui accompagnent le renouveau du plus grand et du plus puissant collisionneur de particules au monde.

communiqué de presse CEA-CNRS

actualité du CERN

L’expérience STEREO a présenté ses premiers résultats de physique lors des 53èmes Rencontres de Moriond¹. STEREO est un détecteur de neutrinos formé de six cellules de liquides scintillants qui mesure, depuis novembre 2016, les antineutrinos electroniques produits par le réacteur à haut flux de neutrons de Grenoble à 10 mètres du cœur du réacteur.

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

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

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

Dans le cadre du projet de jouvence du spectromètre CLAS en vue de la montée en énergie à 12 GeV du faisceau d’électrons du Jefferson Lab (USA), l’Irfu a mené une R&D pendant plus de 10 ans pour concevoir et réaliser un trajectographe de nouvelle génération, employant des détecteurs Micromegas minces et flexibles qui sont désormais en fonctionnement auprès du nouveau spectromètre CLAS12. Après un an d’installation, ce trajectographe est opérationnel et  remplit les caractéristiques attendues avec plus de 95 % d’efficacité de detection et une résolution spatiale de moins de 100μm. Après une prise de données dédiée pour mesurer les réponses des détecteurs, le nouveau spectrometre CLAS12 est à ce jour en prise de données pour l'experience de physique DVCS auquelle participe aussi l'Irfu et dont l'objectif est la mesure de la structure interne du proton en 3 dimensions. 

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

L’expérience STEREO a présenté ses premiers résultats de physique lors des 53èmes Rencontres de Moriond¹. STEREO est un détecteur de neutrinos formé de six cellules de liquides scintillants qui mesure, depuis novembre 2016, les antineutrinos electroniques produits par le réacteur à haut flux de neutrons de Grenoble à 10 mètres du cœur du réacteur.

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

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

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

La collaboration T2K, dont le but est l’étude et la mesure des oscillations de neutrinos, publie de nouveaux résultats sur l’interaction des neutrinos avec les noyaux. Cette étude, dans laquelle le groupe T2K de l’Irfu joue un rôle prépondérant, est capitale dans la mesure où elle permet de contraindre l’incertitude dominante sur les paramètres d’oscillation. Pour la première fois les protons qui sortent de l’interaction neutrino-noyau ont été caractérisés en utilisant de nouvelles variables capables de mettre en évidence les effets nucléaires.

La caméra MegaCam développée au CEA-Irfu vient de révéler des structures jusqu'ici insoupçonnées au sein du célèbre Quintette de Stephan, une spectaculaire association de cinq galaxies. La découverte d'un halo rouge très étendu, constitué de vieilles étoiles, et centré sur l'une des galaxies elliptiques, NGC 7317, montre que le groupe de galaxies est encore en très forte interaction, un aspect totalement ignoré dans les études précédentes. Cette interaction montre que le Quintette de Stephan est encore le théâtre d'un cannibalisme galactique généralisé, en contradiction avec les prédictions théoriques actuelles qui devront donc être révisées. Ces résultats d'une équipe de l'Observatoire astronomique de Strasbourg, du Département d'Astrophysique du CEA et de l'observatoire de Lund (Suède) sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society de janvier 2018.

Dans le cadre du projet de jouvence du spectromètre CLAS en vue de la montée en énergie à 12 GeV du faisceau d’électrons du Jefferson Lab (USA), l’Irfu a mené une R&D pendant plus de 10 ans pour concevoir et réaliser un trajectographe de nouvelle génération, employant des détecteurs Micromegas minces et flexibles qui sont désormais en fonctionnement auprès du nouveau spectromètre CLAS12. Après un an d’installation, ce trajectographe est opérationnel et  remplit les caractéristiques attendues avec plus de 95 % d’efficacité de detection et une résolution spatiale de moins de 100μm. Après une prise de données dédiée pour mesurer les réponses des détecteurs, le nouveau spectrometre CLAS12 est à ce jour en prise de données pour l'experience de physique DVCS auquelle participe aussi l'Irfu et dont l'objectif est la mesure de la structure interne du proton en 3 dimensions. 

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

Le télescope spatial infrarouge SPICA vient d’être présélectionné par l’agence spatiale européenne (ESA) afin de participer à la compétition finale qui verra en septembre 2021 le choix de la prochaine mission de taille moyenne de l’ESA (mission M5). SPICA est un télescope infrarouge de grande taille (diamètre 2,5 m) entièrement refroidi à une température de seulement quelques degrés au dessus du zéro absolu. Ce concept a été proposé à l’ESA dans le cadre de la compétition pour la mission M5 du programme « Cosmic Vision » (25 propositions soumises) par un consortium de laboratoires de recherche Européens mené par la Hollande en collaboration étroite avec l’agence spatiale japonaise (JAXA), et auxquels participent en France le CEA, le CNRS et leurs universités associées avec le support du CNES.

Après plus de 5 ans de développement dont 6 mois de travail d’intégration depuis les 12000 pièces détachées jusqu’à un cryomodule complet, le CEA-Irfu vient de valider les premières mesures de ce système complexe cryogénique au champ accélérateur ESS nominal de 17 MeV/m dans les 4 cavités accélératrices supraconductrices le composant.

Aux limites de technologies, c’est la première fois qu’un champ accélérateur aussi intense, maintenu sur des durées de pulse aussi longues et avec une puissance RF aussi importante, est mesuré dans des cavités supraconductrices installées dans un cryomodule.

Cette étape clé permet d’aborder la phase production des 30 cryomodules que la France doit livrer à cette infrastructure de recherche ESS, future source à neutrons opérationnel en 2023 en Suède. Cette intégration en série débutera dès le mois de janvier 2019 sous la maitrise d’œuvre de l’Irfu avec la contribution de l’entreprise B&S France et devra s’achever en 2022.

NFS (Neutrons For Science) est une aire expérimentale de l’installation Spiral2 (Ganil, France) qui fournira des faisceaux de neutrons de grande intensité pour des énergies allant de 0.5 à 40 MeV. Ces derniers seront créés par collision des faisceaux de particules chargées de Spiral2 avec des cibles de carbone, béryllium ou lithium, grâce à un élément clé de NFS, le convertisseur. La conception de celui-ci constitue un réel défi puisqu’il doit résister à une grande puissance déposée par les faisceaux intenses de Spiral2. Dans ce cadre, l’Irfu a conçu et réalisé un convertisseur capable de soutenir une puissance de 2 kW. Les faisceaux de neutrons de NFS permettront d’obtenir des informations dans un domaine en énergie encore peu exploré. La physique fondamentale, la modélisation des réactions nucléaires et les bases de données nucléaires bénéficieront ainsi d’un outil unique.

Lors des collisions d’ions lourds ultra-relativistes auprès de l’accélérateur LHC du CERN, un nouvel état de la matière est formé : le plasma de quarks et de gluons (QGP). Il s’agit d’une sorte de “soupe” très dense et très chaude où ne figurent que les constituants les plus élémentaires de la matière. Quelques microsecondes après le Big Bang, l’Univers serait passé par cet état. A cause des interactions entre ses constituants, le QGP s’écoule tel un fluide. Au LHC, les interactions entre constituants du QGP sont si fortes que même des objets aussi massifs que les quarks charmés sont emportés par cet écoulement, comme l’avait suggéré la mesure du flot du J/ψ (particule composée d’un quark charme et de son antiparticule) d’ALICE lors de la première campagne du LHC (voir fait marquant 2013). Ce résultat vient d’être confirmé par la collaboration ALICE grâce aux données de la nouvelle campagne du LHC (2015-2018). La précision obtenue a permis de mettre en évidence la nécessité d’inclure de nouveaux mécanismes dans les modèles théoriques. Le groupe de Saclay a joué un rôle clé dans l’analyse de ces données.

La matière noire constitue environ 85% de la matière dans l’Univers et sa nature n’est toujours pas dévoilée. L’observatoire H.E.S.S. situé en Namibie scrute la région centrale de notre Galaxie à la recherche de rayons gamma mono-énergétiques issus de la collision d’hypothétiques WIMPs, particules élémentaires privilégiées candidates à la matière noire. La recherche menée avec 10 ans d’observations du centre de notre galaxie avec la phase 1 de H.E.S.S. s’avère infructueuse mais permet de poser les plus fortes contraintes à ce jour sur le taux d’annihilation de WIMPs dans la gamme de masse du TeV. Ces résultats viennent d’être publiés dans Physical Review Letter: Phys. Rev. Lett. 120, 201101 (2018).

L’expérience STEREO a présenté ses premiers résultats de physique lors des 53èmes Rencontres de Moriond¹. STEREO est un détecteur de neutrinos formé de six cellules de liquides scintillants qui mesure, depuis novembre 2016, les antineutrinos electroniques produits par le réacteur à haut flux de neutrons de Grenoble à 10 mètres du cœur du réacteur.

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

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

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

Dans le cadre du projet de jouvence du spectromètre CLAS en vue de la montée en énergie à 12 GeV du faisceau d’électrons du Jefferson Lab (USA), l’Irfu a mené une R&D pendant plus de 10 ans pour concevoir et réaliser un trajectographe de nouvelle génération, employant des détecteurs Micromegas minces et flexibles qui sont désormais en fonctionnement auprès du nouveau spectromètre CLAS12. Après un an d’installation, ce trajectographe est opérationnel et  remplit les caractéristiques attendues avec plus de 95 % d’efficacité de detection et une résolution spatiale de moins de 100μm. Après une prise de données dédiée pour mesurer les réponses des détecteurs, le nouveau spectrometre CLAS12 est à ce jour en prise de données pour l'experience de physique DVCS auquelle participe aussi l'Irfu et dont l'objectif est la mesure de la structure interne du proton en 3 dimensions. 

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

Les collaborations Atlas et CMS, auxquelles participent des équipes du CEA/Irfu et du CNRS/IN2P3, ont annoncé le 4 juin 2018 à la conférence LHCP l’observation directe du couplage du quark top au boson de Higgs. Etudier l'interaction entre le boson de Higgs et la particule élémentaire la plus lourde que l'on connaisse, le quark top, est une voie de recherche des effets de la nouvelle physique, qui doit prendre le relai du modèle standard.

Les résultats des analyses, orchestrées par des physiciens de l’Irfu/DPhP , ont conduit à l’observation de ce processus rare et sont en accord avec les prédictions du modèle standard. Ces prochaines années, les deux expériences collecteront bien plus de données et amélioreront la précision de leurs mesures, ce qui pourrait permettre de mettre à jour une déviation par rapport à la prédiction du modèle standard.

article CMS: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.231801

article Atlas soumis à publication, lien arXiv :https://arxiv.org/abs/1806.00425

Lors des collisions d’ions lourds ultra-relativistes auprès de l’accélérateur LHC du CERN, un nouvel état de la matière est formé : le plasma de quarks et de gluons (QGP). Il s’agit d’une sorte de “soupe” très dense et très chaude où ne figurent que les constituants les plus élémentaires de la matière. Quelques microsecondes après le Big Bang, l’Univers serait passé par cet état. A cause des interactions entre ses constituants, le QGP s’écoule tel un fluide. Au LHC, les interactions entre constituants du QGP sont si fortes que même des objets aussi massifs que les quarks charmés sont emportés par cet écoulement, comme l’avait suggéré la mesure du flot du J/ψ (particule composée d’un quark charme et de son antiparticule) d’ALICE lors de la première campagne du LHC (voir fait marquant 2013). Ce résultat vient d’être confirmé par la collaboration ALICE grâce aux données de la nouvelle campagne du LHC (2015-2018). La précision obtenue a permis de mettre en évidence la nécessité d’inclure de nouveaux mécanismes dans les modèles théoriques. Le groupe de Saclay a joué un rôle clé dans l’analyse de ces données.

La matière noire constitue environ 85% de la matière dans l’Univers et sa nature n’est toujours pas dévoilée. L’observatoire H.E.S.S. situé en Namibie scrute la région centrale de notre Galaxie à la recherche de rayons gamma mono-énergétiques issus de la collision d’hypothétiques WIMPs, particules élémentaires privilégiées candidates à la matière noire. La recherche menée avec 10 ans d’observations du centre de notre galaxie avec la phase 1 de H.E.S.S. s’avère infructueuse mais permet de poser les plus fortes contraintes à ce jour sur le taux d’annihilation de WIMPs dans la gamme de masse du TeV. Ces résultats viennent d’être publiés dans Physical Review Letter: Phys. Rev. Lett. 120, 201101 (2018).

La collaboration internationale H.E.S.S., à laquelle contribuent le CNRS et le CEA, publie le bilan de quinze années d’observations en rayons gamma de la Voie Lactée. Ses télescopes installés en Namibie ont permis d’étudier des populations de nébuleuses à vent de pulsar, des restes de supernovæ, mais aussi des micro-quasars, jamais détectés en rayons gamma. Ces études sont complétées par des mesures précises comme celles de l'émission diffuse au centre de notre galaxie. Cet ensemble de données servira désormais de référence pour la communauté scientifique internationale. Quatorze articles, soit le plus vaste ensemble de résultats scientifiques dans ce domaine, sont publiés le 9 avril 2018 dans un numéro spécial de la revue "Astronomy & Astrophysics".

La collaboration T2K, dont le but est l’étude et la mesure des oscillations de neutrinos, publie de nouveaux résultats sur l’interaction des neutrinos avec les noyaux. Cette étude, dans laquelle le groupe T2K de l’Irfu joue un rôle prépondérant, est capitale dans la mesure où elle permet de contraindre l’incertitude dominante sur les paramètres d’oscillation. Pour la première fois les protons qui sortent de l’interaction neutrino-noyau ont été caractérisés en utilisant de nouvelles variables capables de mettre en évidence les effets nucléaires.

La caméra MegaCam développée au CEA-Irfu vient de révéler des structures jusqu'ici insoupçonnées au sein du célèbre Quintette de Stephan, une spectaculaire association de cinq galaxies. La découverte d'un halo rouge très étendu, constitué de vieilles étoiles, et centré sur l'une des galaxies elliptiques, NGC 7317, montre que le groupe de galaxies est encore en très forte interaction, un aspect totalement ignoré dans les études précédentes. Cette interaction montre que le Quintette de Stephan est encore le théâtre d'un cannibalisme galactique généralisé, en contradiction avec les prédictions théoriques actuelles qui devront donc être révisées. Ces résultats d'une équipe de l'Observatoire astronomique de Strasbourg, du Département d'Astrophysique du CEA et de l'observatoire de Lund (Suède) sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society de janvier 2018.