Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Une équipe du Département d'Astrophysique, en collaboration avec la compagnie privée Iris.AI, a montré pour la première fois que l'on pouvait trouver dans des études de biologie des informations pertinentes pour mieux comprendre le milieu interstellaire. Ces résultats paraîtront bientôt dans le Journal of Interdisciplinary Methodologies and Issues in Science.

Le Soleil est une étoile magnétique, dont l’activité intense a un impact direct sur notre société moderne et technologique. Actuellement modulée par un cycle de 11 ans, en a-t-il toujours été ainsi, et cet état cyclique du magnétisme solaire perdurera-t-il au cours de son évolution?

Il se trouve que le freinage des étoiles s'arrêterait au lieu de continuer à ralentir comme on s'y attendrait. Qu’est ce qui change dans une étoile pour expliquer l’arrêt de cette décélération ?

Afin de répondre à cette question clé concernant notre étoile, une équipe internationale, dont des chercheurs du DAp-AIM, a mené à bien trois études, basées sur des observations et des simulations numériques HPC magnéto-hydrodynamiques multidimensionnelles sur les supercalculateurs GENCI du TGCC et de l’Idris, sur l’origine du magnétisme et de la rotation du Soleil et des étoiles de type solaire (via le mécanisme physique dit de dynamo fluide) dans une approche « Soleil au cours du temps ». Ces études, après plus de 5 années de développement de codes et des millions d’heures de calculs, ont mis en évidence le rôle essentiel d’un paramètre, appelé le nombre de Rossby, pour caractériser non seulement les propriétés de rotation interne des étoiles mais surtout la nature de leur magnétisme sur les temps séculaires.

Le Conseil Européen de la Recherche (ERC) vient de décerner une prestigieuse bourse Synergie à l’astrophysicien Stéphane Mathis du CEA/Irfu. Avec Conny Aerts (KU Leuven, Belgique, qui coordonne le projet), Michel Rieutord (Université de Toulouse), et Aaron Dotter (Dartmouth College, USA), ils reçoivent près de 10 millions d’euros pour 6 ans, pour leur projet 4D-STAR qui développera des modèles numériques tridimensionnels innovants d’étoiles magnétiques en rotation le long de leur évolution.

Les bourses synergie de l’ERC récompensent des projets ambitieux ayant pour objectif de résoudre les problèmes de recherche les plus ardus au monde impliquant plusieurs disciplines scientifiques. Dans le cas du projet 4D-STAR, il s’agit de l’astronomie, de la physique théorique, de la mécanique des fluides, des mathématiques appliquées et du développement de codes numériques scientifiques à haute performance.

Pour la 16ème édition du Prix Jeunes Talents France, la Fondation L’Oréal a récompensé 35 brillantes jeunes chercheuses sélectionnées en France parmi 660 candidatures éligibles par un jury d’excellence composé de 28 chercheurs de l’Académie des sciences. Au département d'astrophysique de l'Irfu, Elsa Ducrot a reçu ce prix pour la physique. 

En septembre 2017 Elsa a démarré une thèse à l’Université de Liège sur la recherche de planètes potentiellement habitables en orbite autour d’étoiles ultra-froides. Elsa nous explique; "Ces étoiles sont actuellement les hôtes les plus favorables pour l’étude de planètes rocheuses situées dans la zone habitable de leur étoile et en transit (qui passent devant leur étoile du point de vue de l’observateur) avec des télescopes spatiaux tel que le James Webb Space Telescope. Le système exoplanètaire TRAPPIST-1 (découvert par l’université de Liège l’année de mon début de thèse !), composé de 7 planètes rocheuses, est une cible de choix."

Au cours de sa thèse, Elsa a analysé de milliers d’heures d’observation du système TRAPPIST-1 depuis le sol et depuis l’espace, qui ont permis de déduire avec précision les rayons et masses des 7 planètes. Elle a pu aussi participer à la découverte de plusieurs nouvelles planètes autour d’étoiles ultra-froides.

La mission spatiale LISA (Laser Interferometer Space Antenna), menée conjointement par l’Esa et la Nasa, permettra d’observer les ondes gravitationnelles depuis l’espace. Après son lancement prévu aux alentours de 2035, LISA observera dans le domaine des basses fréquences du spectre gravitationnel encore non exploré et capturera ainsi le signal gravitationnel en provenance de sources qui, à l’heure actuelle, ne sont pas résolues dans la gamme des hautes fréquences des détecteurs au sol tels que Virgo, LIGO, KAGRA, ou encore GEO600. LISA tire ainsi partie de la longueur de sa base de 2.5 millions de kilomètres à comparer par exemple à la base de 4 kilomètres de Virgo. Parmi ces nouvelles sources d’ondes gravitationnelles, les plus représentées seront les binaires galactiques, dont le nombre de détections devrait s’élever à plusieurs dizaines de milliers. Les binaires galactiques sont des systèmes doubles composés d’étoiles à neutrons ou de naines blanches dans différentes combinaisons. Dans la gamme des basses fréquences observées par LISA, les binaires galactiques seront détectées pendant la phase spiralante, soit plusieurs milliers d’années avant la fusion qui sera captée par les détecteurs au sol. Cette phase spiralante permet de caractériser les signatures des effets de la structure et de la dynamique internes des composantes des binaires galactiques sur la forme des ondes gravitationnelles peuvent potentiellement être détectables sur la durée nominale de la mission. LISA permettra donc de comprendre l’état de la matière au sein des objets compacts composant les systèmes binaires galactiques, leur déformabilité ou encore leur magnétisme, au travers de l’évolution séculaire de ces systèmes. Dans une étude tout juste publiée dans la revue Physical Review D (DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.124042), une équipe constituée des membres du SYRTE à l’Observatoire de Paris et du LDE3 du DAp/Irfu au CEA, a démontré que l’effet du magnétisme au sein d’un système binaire galactique pourrait être mesuré par LISA.

Dans le cadre des activités de soutien à la science de Solar Orbiter et en conjonction avec la bourse ERC Synergy WholeSun, des chercheurs du CEA Paris-Saclay, ainsi qu'une collaboration internationale, ont développé des simulations numériques avancées pour étudier la formation de structures à la base du vent solaire. Ces simulations permettent d´étudier l'interaction de la convection à la surface solaire avec le champ magnétique. Elles révèlent ainsi l’apparation de structures magnétiques torsadées qui peuvent participer à la création de switchbacks.

L’origine des rayons cosmiques Galactiques, leur source d’énergie et leur processus d’accélération soulèvent de nombreuses questions plus de 100 ans après leur découverte par Victor Hess en 1912. Quelles sont leurs sources d’accélération et d’énergie ? Quels sont les mécanismes d’accélération et leurs propriétés ?
Si ce ne sont pas les seules sources envisagées, les chocs forts dans les restes de supernova constituent l’un des lieux privilégiés d’accélération qui permettent d’accélérer les particules par le mécanisme d’accélération diffusive. De plus, si une fraction de 10-20% de l’énergie cinétique du choc est ponctionnée pour accélérer les particules, le taux de supernova dans notre Galaxie peut rendre compte de l’énergie requise pour maintenir la population de rayons cosmiques Galactiques.
Les observations en rayons X, quant à elles, ont l’avantage de pouvoir cartographier finement les lieux d’accélération. Et, intérêt majeur, elles renseignent à la fois sur les propriétés du plasma thermique chauffé à des millions de degrés et sur celles du plasma non-thermique d’électrons accélérés à des énergies très élevées de l’ordre du téraélectron-volt. Elles offrent ainsi des clés à la compréhension des mécanismes d’accélération au choc, et spécifiquement de leur rétroaction et de leur dépendance au champ magnétique.

Neuf mois après son lancement, le télescope spatial James Webb  fournit des images inédites d’une exoplanète, les premières jamais obtenues dans l’infrarouge moyen. Ce type d’images doit révolutionner notre connaissance des mondes extrasolaires. Une équipe d’astronomes français a été impliquée dans les observations de cette planète et dans la conception des coronographes du télescope. 

Lancé le 25 décembre 2021, le James Webb a terminé sa phase de tests en Juillet 2022. Les programmes scientifiques ont depuis débuté et produisent déjà leurs premiers résultats, dont la première image d’une exoplanète obtenue dans l’infrarouge moyen,  HIP 65426 b. Il s’agit d’une  exoplanète géante très jeune, d’environ 15 millions d’années, située à 90 unités astronomiques de son étoile. D’une masse estimée à environ 7 masses de Jupiter, elle avait été découverte avec l’instrument européen Sphere au Very Large Telescope en 2017. Les instruments du James Webb rendent désormais possible son observation directe dans l’infrarouge. 

L'aube d'une nouvelle ère de l'astronomie a commencé alors que le monde découvre pour la première fois l'ensemble des capacités du télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA. Les premières images en couleur et les premières données spectroscopiques du télescope, qui révèlent un ensemble spectaculaire de caractéristiques cosmiques jusqu'alors insaisissables, ont été publiées le 12 juillet 2022.

• site avec comparaison d'images d'Hubble et du JWST (crédit John Christensen)

•  lien pour telecharger les images du JWST
•  Revivre le Twitch ARTE sur la Découverte des images du télescope James Webb et les actualités de ce 12 juillet sur le site jwst.fr et le site du cea
•  lien pour telecharger l'image composite ci contre
•  lien de la vidéo de la NASA du 12 juillet

Comprendre le processus de formation d'étoiles est une question ouverte majeure de l'astrophysique contemporaine. C'est en effet le processus qui contrôle l'évolution des galaxies depuis leur naissance, transformant progressivement leur gaz interstellaire en étoiles et l'enrichissant en éléments lourds et grains de poussière. C'est aussi la formation d'étoiles qui est à l'origine de la formation des systèmes planétaires et de l'apparition de la vie. Ce processus est cependant complexe et encore très mal compris. Il implique en effet la compréhension d'une série d'instabilités hydrodynamiques amenant à l'effondrement d'un nuage moléculaire, dans lequel la gravité, le champ magnétique et la chimie jouent un rôle central. De plus, la rétroaction, c'est à dire le rayonnement ionisant et le vent des étoiles massives nouvellement formées, a pour effet de détruire le reste du nuage moléculaire et d'ainsi inhiber la formation d'étoiles au bout de quelques millions d'années. Cette rétroaction est un élément clef, mais il est encore mal compris.

Des scientifiques du laboratoire CosmoStat au CEA ont produit au sein de la collaboration internationale UNIONS (Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey) l’un des plus grands jeux de données de galaxies déformées par l’effet de lentille gravitationnelle faible, riche de 100 millions de galaxies. Cette nouvelle collection est basée sur des milliers d’images profondes de la voûte céleste de l'hémisphère nord, capturées par une caméra construite au CEA, MegaCam, montée sur le Télescope Canada-France-Hawaii (CFHT). Trois nouvelles publications présentent des cartes de matière noire de la toile cosmique, exploitant  les régions à forte densité pour mesurer des propriétés de la matière noire qui sont toujours peu connues à ce jour. Dans un futur proche, ces observations nécessaires à la mission Euclid de l’ESA aideront ce télescope spatial Européen à cartographier avec une technique similaire la toile cosmique à une résolution sans précédent pour dériver les propriétés de l'énergie noire, toutes aussi mystérieuses.

Alors que les supernovae de type Ia sont considérées comme des explosions très symétriques, l’explosion dans un système binaire serré composé de deux naines blanches révise ce paradigme. Une équipe internationale (Japon, Canada, France), dont une chercheuse du Département d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA Paris-Saclay, publie une étude dans la revue The Astrophysical Journal qui révèle que les structures asymétriques distinctives d’une telle supernova laissent des empreintes post-mortem dans la morphologie de la matière éjectée. Ces signatures morphologiques perdurent et sont observables dans une phase avancée des restes de supernova. Ces résultats ouvrent la possibilité d’identifier et de caractériser le scénario d’explosion de ce type de supernovae.

Le 28 au soir, on pouvait lire sur le blog de la NASA: "C'est officiel, l'alignement du télescope spatial James Webb de la NASA est maintenant terminé"!

Dire que tous les instruments du télescope spatial James Webb sont parfaitement alignés, signifie que les optiques des intruments et du miroir primaire sont bien reglées. Les images sont déjà époustouflantes alors que la phase de réglage de tous les élements du télescope n'est pas encore terminée.

Pour ce test, le telescope Webb  a pointé vers une partie du Grand Nuage de Magellan fournissant un champ dense de centaines de milliers d'étoiles sur tous les capteurs des instruments. Les trois instruments d'imagerie de Webb sont NIRCam (images ci dessous à une longueur d'onde de 2 microns), NIRISS (image à 1,5 micron) et MIRI (image à 7,7 microns). MIRI détecte la lumière dans une plage d’énergie inférieure (ou longueur d'onde plus grande) à celle des autres instruments, révélant l'émission des nuages interstellaires ainsi que la lumière des étoiles. 

Ces images sont utilisées pour évaluer la netteté de l'image, mais aussi pour mesurer et étalonner avec précision les distorsions subtiles de l'image et les alignements entre les capteurs de l'instrument dans le cadre du processus d'étalonnage global de l'instrument Webb.

Les archives d’observations de 25 Jupiters chaudes par le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA ont été analysées par une équipe internationale d'astronomes de University College London, du CEA et du CNRS. Cette nouvelle analyse d'un jeu de données capturées au cours de ces 10 dernières années et cumulant plus de 600 heures d’observations par Hubble ainsi que 400 heures par Spitzer, a permis de répondre à cinq questions importantes à notre compréhension des atmosphères d’exoplanètes. L'équipe a notamment constaté que la présence d'oxydes et d'hydrures métalliques dans les atmosphères d'exoplanètes les plus chaudes était clairement corrélée au fait que ces atmosphères étaient thermiquement inversées.

Les équipes françaises des télescopes ECLAIRs et MXT, instruments au cœur de la mission SVOM, ont vécu courant mars 2022 un moment important. Tout d’abord une revue générale des deux projets a eu lieu au CNES à Toulouse devant un groupe d’expert. Cette revue a permis de vérifier que les deux instruments répondent aux spécifications techniques et seront donc aptes à dérouler la mission scientifique. Ensuite une série de visites des équipes s’est déroulée dans les deux salles blanches du CNES hébergeant respectivement les modèles de vol des deux instruments, ECLAIRs et MXT.

La mission Solar Orbiter, lancée le 10 février 2020 depuis Cap Canaveral a déjà parcouru plus de 2 milliards de kilomètres. Depuis son passage à seulement 470 km de la Terre en novembre 2021, la mission scientifique a officiellement commencé. Le 26 mars 2022, Solar Orbiter est passé à 0.32 unité astronomique de notre étoile (environ 1/3 de la distance Terre-Soleil) pour son quatrième périhélie (point de son orbite où SolarOrbiter se trouve au plus près du Soleil) à la vitesse de 198 000 km/h. À cette occasion,  les 10 instruments à bord seront allumés conjointement et pointeront vers notre étoile. Comme le cycle 25 d’activité magnétique du Soleil est en pleine montée d’intensité, il est hautement probable que de nombreux événements éruptifs seront observés avec le télescope STIX (Spectrometer Telescope for Imaging X-rays) dont les détecteurs, les Caliste-SO, ont été conçus, réalisés et qualifiés au CEA. 

A l'occasion de ce 4e périhélie, ce fait marquant livre une des premières images en X de STIX ainsi que les nouvelles simulations du modèle Solaire d'une équipe du DAp, qui ont donné lieu à des articles récents (voir en fin de page).

L’explosion d’étoiles génère une onde de choc qui se propage à plus de 5000 km/s des siècles durant, et il est admis que c’est la source principale de l’accélération de particules énergétiques, les rayons cosmiques. Etudier l’émission haute énergie des vestiges de supernova est donc un moyen d’accéder à des informations de premier plan sur la nature des particules accélérées, leur énergie et leur composition. Une équipe française menée par un chercheur du Département d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu de Paris-Saclay vient de confirmer la détection d’un rayonnement au-delà de 100 MeV provenant du reste de supernova historique Kepler. Pas moins de douze années de données obtenues par le télescope LAT à bord du satellite de la NASA Fermi ont été nécessaires pour confirmer l’existence d’une accélération de particules efficace dans ce vestige qui compte parmi les plus jeunes dans notre Galaxie. Les chercheurs en déduisent également que l’émission gamma observée résulte vraisemblablement d’interaction entre des ions accélérés et le gaz derrière l’onde de choc et proposent plusieurs scénarii selon l’intensité du champ magnétique. Ces travaux sont acceptés pour publication dans la revue Astronomy and Astrophysics.

La mission PLATO de l'ESA a reçu le feu vert pour poursuivre son développement après la revue critique conclue avec succès le 11 janvier 2022.

PLATO, ou PLANetary Transits and Oscillations of stars, est la troisième mission de classe moyenne du programme Cosmic Vision de l'ESA. Son objectif est de trouver et d'étudier un grand nombre de systèmes planétaires, en mettant l'accent sur les propriétés des planètes semblables à la Terre dans la zone habitable autour des étoiles de type solaire. PLATO a également été conçu pour étudier l'activité sismique dans les étoiles, ce qui permettra la mesure précise des paramètres des étoiles hôtes des planètes, y compris leur âge.

La revue a vérifié la maturité de l'ensemble du segment spatial (le module de service et le module de charge utile), confirmant la solidité des interfaces satellite-charge utile, le calendrier de développement de la charge utile. Un accent particulier a été mis sur la production en série des 26 caméras, et la robustesse du calendrier de développement des deux modules. PLATO utilisera les 26 caméras pour découvrir et caractériser les exoplanètes qui orbitent autour d'étoiles similaires à notre Soleil.

La découverte du boson de Higgs en 2012 par les expériences Atlas et CMS au Cern a ouvert une phase de mesures de précision des propriétés du boson de Higgs, clef de voûte du modèle standard (MS) de la physique des particules. En particulier, l’étude de la production de paires de bosons de Higgs (HH) permet de mesurer un paramètre nommé auto-couplage du boson de Higgs, le dernier paramètre du MS encore non mesuré. Cette mesure constitue un test unique du mécanisme expliquant comment les particules acquièrent une masse dans le cadre du MS. Les recherches de la production HH utilisant les données enregistrées entre 2016 et 2018 établissent des contraintes fortes sur la production HH. Grâce entre autres à l’utilisation de méthodes d’analyse avancées, l’étude de ce processus très rare pousse le MS dans ses derniers retranchements. Les résultats ont été publiés dans plusieurs articles (dont un dans la revue Nature parue en juin 2022).

Le boson de Higgs, découvert au Cern en 2012 par les expériences Atlas et CMS, constitue la pierre angulaire du modèle standard (MS) de la physique des particules. Dans le cadre du MS, les masses des différentes particules sont reliées à leur interaction avec le champs de Brout-Englert-Higgs (BEH) via un mécanisme théorique connu sous le nom “brisure de symétrie” et proposé il y a plus de 50 ans par les théoriciens Brout, Englert et Higgs. Le boson de Higgs (H) lui-même résulte de ce mécanisme et sa découverte en 2012 fut donc une forte indication de la validité de cette construction théorique. Par la suite, les différentes mesures des interactions du boson de Higgs avec les autres particules du MS commes les bosons faibles Z, W et les fermions lourds (quarks b, t, leptons tau) ont confirmé les prédictions du MS proposé par Glashow, Salam et Weinberg en 1967.

La collaboration H.E.S.S. a mené depuis plusieurs années une vaste campagne d’observations pour couvrir plusieurs centaines de parsecs autour du centre Galactique. Cette campagne d’observations coordonnée par un membre de l’Irfu/DPhP a pour but d’atteindre la meilleure sensibilité possible pour la recherche de signaux de matière noire et d’éjecta de matière provenant de Sagittarius A*. Les résultats sur la recherche de matière noire menée par une équipe de l’Irfu/DPhP ont été soumis à la revue Physical Review Letters. La région centrale de notre galaxie, la Voie Lactée, abrite de nombreuses sources astrophysiques émettant des rayons gamma aux très hautes énergies (>100 GeV). Parmi elles, se trouvent le trou noir supermassif Sagittarius A* susceptible d’être à l’origine de l’accélération de rayons cosmiques à des énergies du pétaelectronvolts (1 PeV = 10⁶ GeV), ou encore la base des bulles de Fermi, deux structures géantes en forme de lobes s’étendant sur plus de 10 kiloparsecs (1 parsec = 3,26 années-lumière = 3.085x10¹⁶ m) de part et d’autre du disque Galactique dont l’origine est encore inconnue. La région centrale de notre galaxie est également prédite comme la source la plus brillante d’annihilation de particules de matière noire et est un lieu privilégié pour tenter d'en comprendre la nature.

La troisième période d'exploitation du LHC, à une énergie record de 13,6 TeV, a démarré le 5 juillet. Le Grand collisionneur de hadrons a recommencé à produire des collisions de protons pour les expériences, à une énergie inédite de 13,6 milliers de milliards d’électronvolts (TeV) : c'est le démarrage de la troisième période d'exploitation pour la physique pour cet accélérateur. Le LHC fonctionnera en continu pendant près de quatre ans , apportant aux expériences une statistique sans précédent, ce qui permettra d’améliorer considérablement la précision des mesures des paramètres du boson de Higgs et offrira un potentiel de découverte incomparable.

en savoir plus avec l'actualité  du Cern pour ce redémarrage 

Les quatre grandes expériences du LHC ont apporté d'importantes améliorations à leurs systèmes de lecture et de sélection des données, avec l’intégration de nouveaux systèmes de détecteurs et d’une nouvelle infrastructure informatique. Par rapport aux périodes d'exploitation précédentes, ces modifications leur permettront de collecter des échantillons de données plus importants, avec des données de meilleure qualité. Les détecteurs Atlas et CMS s'attendent à enregistrer plus de collisions pendant la troisième période d'exploitation du LHC que lors des deux périodes précédentes réunies.

À cette occasion, les laboratoires de l'Irfu et de l'IN2P3, acteurs français du LHC au CERN, vous proposent une série en 4 volets pour faire le tour des améliorations de la machine et de ses détecteurs, ainsi que des enjeux scientifiques de cette nouvelle période. Enjeux scientifiques du run3, aspects techniques et jouvences de la chaîne d'accélération et du collisionneur LHC et défis de calcul y seront abordés. 

Il y a dix ans, le 4 juillet 2012, les collaborations Atlas et CMS, auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC), annonçaient la découverte d'une nouvelle particule présentant des caractéristiques compatibles avec celles du boson de Higgs, prédit par le modèle standard de la physique des particules. Cette découverte marquait un tournant dans l'histoire de la science et elle a retenu l'attention du monde entier. L’Irfu est impliqué dans ces deux expériences depuis les premières discussions sur la construction du LHC au milieu des années 80, avant même que les collaborations s’appellent Atlas et CMS ! 

Ré-écoutez ici l'émission sur RFI "Jusqu'où nous entraînera le Boson de Higgs?" avec Rosy Nikolaidou, physicienne à l'Irfu du CEA, membre de la collaboration Atlas et Yves Sirois, physicien du CNRS au Laboratoire Leprince-Ringuet (CNRS/Institut polytechnique de Paris), membre de la collaboration CMS.

Le fond cosmologique de neutrinos est une des prédictions du modèle cosmologique standard, mais il n'a jamais été observé directement. Ces neutrinos, dits « reliques », pourraient être capturés sur un noyau radioactif comme le tritium. Le taux de capture qui en résulte dépend de la densité locale de neutrinos reliques. Puisque les neutrinos massifs se laissent happer par le potentiel gravitationnel de notre galaxie et se regroupent localement, une modeste surdensité locale de neutrinos reliques devrait exister sur Terre. Des considérations plus exotiques pourraient conduire à des surdensités plus conséquentes. L'expérience KATRIN a publié en juin 2022 dans Physical Review Letters sa première recherche de neutrinos reliques basée sur l’analyse des données enregistrées en 2019.  L’analyse, menée par un physicien de l’Irfu, améliore de deux ordres de grandeur les limites précédentes.

La collaboration KATRIN a tout récemment fait état d'une nouvelle limite supérieure de 0,8 eV/c² sur la masse des neutrinos. Le spectromètre KATRIN présente en outre un fort potentiel pour la recherche d'éventuels nouveaux neutrinos, dits "stériles", sur la base d'une analyse fine du spectre de désintégration bêta du tritium. La collaboration vient de publier ses nouveaux résultats dans Physical Review D  sur la base des deux premières campagnes de données acquises en 2019. Ces travaux ne dévoilent pas de trace de la manifestation d’un quatrième neutrino, et KATRIN pourrait bien être un acteur de premier plan pour clarifier les anomalies observées par certaines expériences d'oscillation de neutrinos depuis une vingtaine d’années.

Le 12 février 2022 le télescope à neutrinos ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch), a mis un terme à sa prise de données débutée en 2007. Pendant 15 ans, des milliers de neutrinos, particules fugaces, témoins précieux des phénomènes cataclysmiques de l’Univers, ont été détectés à 2500 m dans les abysses méditerranéens. L’objectif : trouver dans la carte du ciel ainsi obtenue des accumulations anormales révélant les sources du rayonnement cosmique, une pluie de particules détectée, pour la première fois, il y a plus de cent ans et dont l’origine reste encore mystérieuse. L’équipe du CEA a joué un rôle prépondérant dans la réussite de ce projet, pionnier de l’astronomie multi-messager.

Les scientifiques de l'Irfu et la collaboration H.E.S.S. observent pour la première fois l'accélération de particules en temps-réel dans notre Galaxie. Les novæ sont de puissantes éruptions à la surface d'une naine blanche dans un système stellaire binaire, dans lequel une grosse et une petite étoile orbitent l'une autour de l'autre. Une nova crée une onde de choc qui déchire le milieu environnant, entraînant des particules et les accélérant à des énergies extrêmes. L'observatoire de rayons gamma de haute énergie H.E.S.S. en Namibie a pu observer ce processus d'accélération pour la première fois. De manière surprenante, la nova détectée semble provoquer une accélération de particules à des énergies atteignant la limite théorique. Ces résultats ont fait l'objet d'une publication dans Science.

L'expérience KATRIN (KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment) située à l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) vient de franchir un seuil symbolique. Dans un article publié dans la prestigieuse revue Nature Physics, la collaboration révèle une nouvelle limite supérieure de 0,8 eV/c² pour la masse des neutrinos. Ce résultat, publié dans Nature Physics, revêt un intérêt fondamental tant pour la physique des particules que pour la cosmologie.

Les neutrinos sont les particules massives les plus abondantes de l'univers. Vestiges du Big-Bang ou de la combustion du cœur des étoiles, ils sont aussi produits dans certaines désintégrations radioactives, comme celle du tritium, un isotope instable de l'hydrogène.

À l'échelle cosmologique, ces poids plumes de l'univers jouent un rôle capital dans la répartition des galaxies. Dans le domaine de l’infiniment petit, l’origine de la masse des neutrinos reste encore inexpliquée par la théorie et pourrait être un élément clé pour dévoiler une nouvelle physique au-delà du modèle standard.

La détermination de la masse infime des neutrinos est donc une préoccupation majeure de la physique des particules, de l'astrophysique et de la cosmologie depuis des décennies.

Les équipes de l’Irfu sont engagées depuis plusieurs décennies dans une longue quête consistant à étudier le neutrino sous toutes ses facettes, pour comprendre la place qu’il tient au sein du modèle standard de la physique des particules voire au-delà, mais aussi son rôle dans l’évolution de l’Univers depuis ses premiers instants. Les traditionnelles conférences d’été ont été l’occasion de mesurer les progrès réalisés par l’armada d’expériences d’envergure internationale avec laquelle notre institut navigue pour atteindre cet ultime but. Retour sur une année 2021 riche en enseignements et en promesses…

L'instrument spectroscopique pour l'énergie noire (DESI) a terminé ses sept premiers mois d’observations en battant tous les records de relevé  3D de galaxies, créant ainsi la carte de l'Univers la plus grande et la plus détaillée jamais réalisée. Pourtant, l’instrument n'a accompli qu'un peu plus de 10 % de son relevé de cinq ans. Au terme de sa mission, la carte 3D produite par DESI permettra de mieux comprendre l'énergie sombre et, par conséquent, le passé mais aussi l'avenir de l'Univers. Les scientifiques de DESI ont présenté les performances de l'instrument et leurs premiers résultats lors d'un webinaire du 13 janvier (lien de lenregistrement à venir).

Les nucléons (protons ou neutrons) sont les constituants du noyau des atomes. L’exploration de leur structure interne se fait traditionnellement par la mesure de "facteurs de forme". Ces quantités sont accessibles en étudiant les réactions de diffusion électron-proton et les réactions d’annihilation électron-positron en proton-antiproton (ou la réaction inverse d'annihilation proton-antiproton en électron-positron). Elles définissent la distribution de charge et de moment magnétique à l’intérieur du nucléon, induite par les quarks et les gluons qui les composent.  Il y a dix ans, un modèle théorique donnant une vision originale de ces distributions a été proposée par une collaboration impliquant une physicienne de l'Irfu [1]. Depuis, l'accumulation de données expérimentales a permis de renforcer la validité de ce modèle, capable de donner une image du proton et un scénario pour la formation de matière hadronique  avec une résolution spatio-temporelle encore jamais atteinte. On a accès à des phénomènes à une echelle spatiale au centième de  femtomètre et temporelle de l’ordre de 10^-25 s, ce qui est 100 fois inférieur au temps qui met la lumière pour traverser un proton. Ces résultats font l'objet d'une publication récente dans la revue Physical Review C [2].

Une nouvelle méthode permettant l’étude de la déformation des noyaux atomiques vient d’être mise au point en se basant sur le fait, récemment mis en lumière, que les expériences de collision nucléaire réalisées dans les collisionneurs à haute énergie, tels que le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC) du BNL ou le grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, sont sensibles à la forme des isotopes mis en jeu dans les dites collisions. Ainsi, une collaboration entre théoriciens des hautes et basses énergies, dont des chercheurs de l'Irfu, a démontré qu'il est possible d'obtenir des informations quantitatives sur les déformations nucléaires et a montré que l'isotope ¹²⁹Xe présente une forme triaxiale, c'est-à-dire un sphéroïde à trois axes inégaux. Ce résultat représente la première preuve de triaxialité pour un état fondamental nucléaire obtenue dans des expériences à haute énergie. En outre, il ouvre la voie à de futures recherches passionnantes à l'interface de la physique nucléaire de basse et haute énergies.

Les collisions d'ions lourds aux vitesses ultra-relativistes des grands accélérateurs de particules permettent de créer un plasma de quarks et de gluons, surprenant état de la matière obéissant aux lois des fluides presque parfaits pour 10 fm/c = 3 10⁻²³s (c'est à dire avec une petite viscosité). Bien que cet état de la matière soit l'objet d'intenses études expérimentales, l'étude de l'émergence de ce fluide dans les collisions d'ions lourds à partir des gluons pendant le premièr fm/c échappe à l'exploration directe aujourd'hui. Au sein de la collaboration Gluodynamics du Labex Physique des 2 Infinis et des Origines (P2IO), des chercheurs de l'Irfu, de l'IPhT et de l'Université de Bielefeld (Allemagne) ont mis en évidence des observables sensibles aux premiers instants (≈ fm/c) de ces collisions d'ions lourds. Les résultats théoriques indiquent que la création des dileptons porte de l'information sur l'émergence de l'hydrodynamique et la création des quarks dans le plasma Quark gluon (PQG). La collaboration a abouti à une première publication dans Physics Letters B [1] et une deuxième a été soumise à Nuclear Physics A [2].

La résonance dipolaire pygmée (PDR) est un mode vibration du noyau qui apparaît dans les noyaux riches en neutrons. Elle est décrite comme l’oscillation d’une peau de neutrons contre un cœur symétrique en nombre de protons et de neutrons (Figure 1). La PDR a été le sujet de nombreuses études à la fois expérimentales et théoriques. En effet, l’étude de la PDR a suscité et suscite toujours beaucoup d’intérêt puisqu’elle permet de contraindre l’énergie de symétrie, un ingrédient important de l’équation d’état de la matière nucléaire qui décrit la matière au sein des étoiles à neutrons. De plus, la PDR est prédite comme pouvant jouer un rôle clé dans le processus-r (processus qui pourrait expliquer la synthèse des noyaux lourds) via l’augmentation du taux de capture neutronique. Cependant, malgré de nombreuses expériences dédiées à l’étude de la PDR, utilisant des faisceaux de particules chargées ou de gammas, une description cohérente n’a pas pu être extraite. Ainsi, de nouvelles approches expérimentales sont nécessaires pour mieux caractériser ce mode de vibration du noyau.

La première mesure des corrélations de courte portée (SRC) dans un noyau exotique a eu lieu en mai 2022 avec l'instrument Cocotier installé à GSI à Darmstadt, en Allemagne. Cette expérience est une étape cruciale dans le programme qui a débuté en 2017 avec un financement de l'Agence Nationale de la Recherche qui a permis aux physiciens de construire une cible d'hydrogène liquide (voir FM précédent). L'objectif de cette expérience est de tester l'hypothèse que les nucléons peuvent former des paires compactes, les paires SRC. Cette campagne de mesure a permis de recueillir des données expérimentales pendant environ 60 heures avec un faisceau de ¹⁶C puis avec un faisceau ¹²C durant une quarantaine d’heures supplémentaires afin d'avoir une mesure de référence avec un faisceau stable bien étudié. L'équipe de l'Irfu a joué un rôle majeur dans la préparation et le déroulement de cette expérience, et est maintenant en charge de l'analyse des données avec le MIT, TU Darmstadt et l'équipe du LIP Lisbonne.

Le DPhN en collaboration avec le Département d'étude des réacteurs de la DES Cadarache et l'Institut de physique nucléaire et des particules de l'université Charles de Prague (Tchéquie) a étudié les propriétés des rayons gamma émis par les isotopes de l'uranium lors de réactions de capture de neutrons. Les spectres gamma mesurés auprès de l'installation n_TOF du CERN ont servi de banc de test des modèles de réactions nucléaires et de leurs ingrédients, notamment la fonction force radiative qui caractérise la capacité d'un noyau à émettre ou absorber des photons. Ce travail a permis une modélisation cohérente des fonctions forces radiatives de la chaîne isotopique de l'uranium (234U, 236U, 238U) et a confirmé la présence d'un mode d'oscillation particulier de la forme du noyau à basse énergie d'excitation. Cette étude a été réalisée dans le cadre de la thèse de doctorat de Javier Moreno-Soto [1] et les résultats complets sont publiés dans Physical Review C [2].

L'objectif visé dans la construction de la réalisation de sources compactes de neutrons à base d’accélérateurs à fort courant est de permettre de réaliser, sur ces sources, des expériences de diffusion de neutrons, avec pratiquement la même qualité que celles réalisées auprès des lignes neutrons issues de réacteurs de recherche de type Orphée*.

Ces sources sont réalisées à partir d'un faisceau de protons de moyenne énergie (3-50 MeV) et haut courant (~ 100 mA) frappant une cible d’un matériau léger comme le béryllium, qui émet alors des neutrons. Pour être utilisable de manière routinière, la cible doit pouvoir résister sur de longues durées à une forte irradiation sans perte de performance.

Les équipes de l'Irfu (DACM, DEDIP, DIS, DPhN) et du LLB réunies ont réalisé une cible béryllium implantée en sortie de l'injecteur de protons à haute intensité - IPHI (3 MeV) à Saclay. Ils montrent qu'avec ce dispositif il est possible d'obtenir l'intensité de neutrons nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction dans un temps raisonnable, démontrant la compétitivité d'une telle source pour la diffusion de neutrons par rapport aux réacteurs nucléaires actuels de petite et moyenne puissance.

*Ancien réacteur de recherche de Saclay, aujourd'hui fermé. 

La troisième période d'exploitation du LHC, à une énergie record de 13,6 TeV, a démarré le 5 juillet. Le Grand collisionneur de hadrons a recommencé à produire des collisions de protons pour les expériences, à une énergie inédite de 13,6 milliers de milliards d’électronvolts (TeV) : c'est le démarrage de la troisième période d'exploitation pour la physique pour cet accélérateur. Le LHC fonctionnera en continu pendant près de quatre ans , apportant aux expériences une statistique sans précédent, ce qui permettra d’améliorer considérablement la précision des mesures des paramètres du boson de Higgs et offrira un potentiel de découverte incomparable.

en savoir plus avec l'actualité  du Cern pour ce redémarrage 

Les quatre grandes expériences du LHC ont apporté d'importantes améliorations à leurs systèmes de lecture et de sélection des données, avec l’intégration de nouveaux systèmes de détecteurs et d’une nouvelle infrastructure informatique. Par rapport aux périodes d'exploitation précédentes, ces modifications leur permettront de collecter des échantillons de données plus importants, avec des données de meilleure qualité. Les détecteurs Atlas et CMS s'attendent à enregistrer plus de collisions pendant la troisième période d'exploitation du LHC que lors des deux périodes précédentes réunies.

À cette occasion, les laboratoires de l'Irfu et de l'IN2P3, acteurs français du LHC au CERN, vous proposent une série en 4 volets pour faire le tour des améliorations de la machine et de ses détecteurs, ainsi que des enjeux scientifiques de cette nouvelle période. Enjeux scientifiques du run3, aspects techniques et jouvences de la chaîne d'accélération et du collisionneur LHC et défis de calcul y seront abordés. 

Le 28 au soir, on pouvait lire sur le blog de la NASA: "C'est officiel, l'alignement du télescope spatial James Webb de la NASA est maintenant terminé"!

Dire que tous les instruments du télescope spatial James Webb sont parfaitement alignés, signifie que les optiques des intruments et du miroir primaire sont bien reglées. Les images sont déjà époustouflantes alors que la phase de réglage de tous les élements du télescope n'est pas encore terminée.

Pour ce test, le telescope Webb  a pointé vers une partie du Grand Nuage de Magellan fournissant un champ dense de centaines de milliers d'étoiles sur tous les capteurs des instruments. Les trois instruments d'imagerie de Webb sont NIRCam (images ci dessous à une longueur d'onde de 2 microns), NIRISS (image à 1,5 micron) et MIRI (image à 7,7 microns). MIRI détecte la lumière dans une plage d’énergie inférieure (ou longueur d'onde plus grande) à celle des autres instruments, révélant l'émission des nuages interstellaires ainsi que la lumière des étoiles. 

Ces images sont utilisées pour évaluer la netteté de l'image, mais aussi pour mesurer et étalonner avec précision les distorsions subtiles de l'image et les alignements entre les capteurs de l'instrument dans le cadre du processus d'étalonnage global de l'instrument Webb.

Les équipes françaises des télescopes ECLAIRs et MXT, instruments au cœur de la mission SVOM, ont vécu courant mars 2022 un moment important. Tout d’abord une revue générale des deux projets a eu lieu au CNES à Toulouse devant un groupe d’expert. Cette revue a permis de vérifier que les deux instruments répondent aux spécifications techniques et seront donc aptes à dérouler la mission scientifique. Ensuite une série de visites des équipes s’est déroulée dans les deux salles blanches du CNES hébergeant respectivement les modèles de vol des deux instruments, ECLAIRs et MXT.

Le 12 février 2022 le télescope à neutrinos ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch), a mis un terme à sa prise de données débutée en 2007. Pendant 15 ans, des milliers de neutrinos, particules fugaces, témoins précieux des phénomènes cataclysmiques de l’Univers, ont été détectés à 2500 m dans les abysses méditerranéens. L’objectif : trouver dans la carte du ciel ainsi obtenue des accumulations anormales révélant les sources du rayonnement cosmique, une pluie de particules détectée, pour la première fois, il y a plus de cent ans et dont l’origine reste encore mystérieuse. L’équipe du CEA a joué un rôle prépondérant dans la réussite de ce projet, pionnier de l’astronomie multi-messager.

L'objectif visé dans la construction de la réalisation de sources compactes de neutrons à base d’accélérateurs à fort courant est de permettre de réaliser, sur ces sources, des expériences de diffusion de neutrons, avec pratiquement la même qualité que celles réalisées auprès des lignes neutrons issues de réacteurs de recherche de type Orphée*.

Ces sources sont réalisées à partir d'un faisceau de protons de moyenne énergie (3-50 MeV) et haut courant (~ 100 mA) frappant une cible d’un matériau léger comme le béryllium, qui émet alors des neutrons. Pour être utilisable de manière routinière, la cible doit pouvoir résister sur de longues durées à une forte irradiation sans perte de performance.

Les équipes de l'Irfu (DACM, DEDIP, DIS, DPhN) et du LLB réunies ont réalisé une cible béryllium implantée en sortie de l'injecteur de protons à haute intensité - IPHI (3 MeV) à Saclay. Ils montrent qu'avec ce dispositif il est possible d'obtenir l'intensité de neutrons nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction dans un temps raisonnable, démontrant la compétitivité d'une telle source pour la diffusion de neutrons par rapport aux réacteurs nucléaires actuels de petite et moyenne puissance.

*Ancien réacteur de recherche de Saclay, aujourd'hui fermé. 

Les équipes de l’Irfu sont engagées depuis plusieurs décennies dans une longue quête consistant à étudier le neutrino sous toutes ses facettes, pour comprendre la place qu’il tient au sein du modèle standard de la physique des particules voire au-delà, mais aussi son rôle dans l’évolution de l’Univers depuis ses premiers instants. Les traditionnelles conférences d’été ont été l’occasion de mesurer les progrès réalisés par l’armada d’expériences d’envergure internationale avec laquelle notre institut navigue pour atteindre cet ultime but. Retour sur une année 2021 riche en enseignements et en promesses…

L'instrument spectroscopique pour l'énergie noire (DESI) a terminé ses sept premiers mois d’observations en battant tous les records de relevé  3D de galaxies, créant ainsi la carte de l'Univers la plus grande et la plus détaillée jamais réalisée. Pourtant, l’instrument n'a accompli qu'un peu plus de 10 % de son relevé de cinq ans. Au terme de sa mission, la carte 3D produite par DESI permettra de mieux comprendre l'énergie sombre et, par conséquent, le passé mais aussi l'avenir de l'Univers. Les scientifiques de DESI ont présenté les performances de l'instrument et leurs premiers résultats lors d'un webinaire du 13 janvier (lien de lenregistrement à venir).

Le LEAS (Laboratoire d’Etude des Aimants Supraconducteurs) au CEA Paris-Saclay a entièrement fabriqué une bobine à base du supraconducteur Nb₃Sn (niobium-étain), de type SMC (Short Model Coil). Cette bobine est un modèle court destiné à être assemblé dans une structure d’aimant, puis être testé à température cryogénique. Le Nb₃Sn est envisagé pour des futurs aimants d’accélérateurs générant des champs magnétiques jusqu’à 16 T (teslas), ce qui doublerait les performances des meilleurs aimants actuellement utilisés. Cela nécessite cependant de nombreux développements technologiques. Ce type de bobine courte a été développé par le Cern, en collaboration avec le CEA, pour permettre de tester de nouvelles technologies et nouveaux procédés de fabrication dans des conditions représentatives des futurs aimants à haut champ. La fabrication de la bobine SMC-CEA s’est déroulée au LEAS de mai à octobre 2021, puis la bobine a été livrée au Cern afin d’être assemblée dans une structure, puis testée dans un bain d’hélium liquide et superfluide, sous fort courant, dans une station dédiée. Les tests ont livré des résultats encourageants, ce qui a permis de démontrer que le LEAS est l'un des rares laboratoires européens à posséder désormais toutes les capacités pour fabriquer des bobines supraconductrices à base de Nb₃Sn. Cette preuve de faisabilité valide la première étape du programme de développement des aimants à haut champ pour les futurs accélérateurs.

Le 28 au soir, on pouvait lire sur le blog de la NASA: "C'est officiel, l'alignement du télescope spatial James Webb de la NASA est maintenant terminé"!

Dire que tous les instruments du télescope spatial James Webb sont parfaitement alignés, signifie que les optiques des intruments et du miroir primaire sont bien reglées. Les images sont déjà époustouflantes alors que la phase de réglage de tous les élements du télescope n'est pas encore terminée.

Pour ce test, le telescope Webb  a pointé vers une partie du Grand Nuage de Magellan fournissant un champ dense de centaines de milliers d'étoiles sur tous les capteurs des instruments. Les trois instruments d'imagerie de Webb sont NIRCam (images ci dessous à une longueur d'onde de 2 microns), NIRISS (image à 1,5 micron) et MIRI (image à 7,7 microns). MIRI détecte la lumière dans une plage d’énergie inférieure (ou longueur d'onde plus grande) à celle des autres instruments, révélant l'émission des nuages interstellaires ainsi que la lumière des étoiles. 

Ces images sont utilisées pour évaluer la netteté de l'image, mais aussi pour mesurer et étalonner avec précision les distorsions subtiles de l'image et les alignements entre les capteurs de l'instrument dans le cadre du processus d'étalonnage global de l'instrument Webb.

Les équipes françaises des télescopes ECLAIRs et MXT, instruments au cœur de la mission SVOM, ont vécu courant mars 2022 un moment important. Tout d’abord une revue générale des deux projets a eu lieu au CNES à Toulouse devant un groupe d’expert. Cette revue a permis de vérifier que les deux instruments répondent aux spécifications techniques et seront donc aptes à dérouler la mission scientifique. Ensuite une série de visites des équipes s’est déroulée dans les deux salles blanches du CNES hébergeant respectivement les modèles de vol des deux instruments, ECLAIRs et MXT.

Le 12 février 2022 le télescope à neutrinos ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch), a mis un terme à sa prise de données débutée en 2007. Pendant 15 ans, des milliers de neutrinos, particules fugaces, témoins précieux des phénomènes cataclysmiques de l’Univers, ont été détectés à 2500 m dans les abysses méditerranéens. L’objectif : trouver dans la carte du ciel ainsi obtenue des accumulations anormales révélant les sources du rayonnement cosmique, une pluie de particules détectée, pour la première fois, il y a plus de cent ans et dont l’origine reste encore mystérieuse. L’équipe du CEA a joué un rôle prépondérant dans la réussite de ce projet, pionnier de l’astronomie multi-messager.

L’Irfu, en collaboration avec l’Isas (DPC/SCCME), a développé un prototype de boucle de circulation de lithium liquide. Installée au bout d’une ligne accélératrice de protons, cette technologie permettra de produire des neutrons. Elle complétera ainsi le catalogue d’instruments de production de neutrons, suite à l’arrêt de certains réacteurs. Son principe repose sur l’utilisation de lithium (Li) liquide dans une boucle en acier où une buse expose le lithium au faisceau de protons. La première phase d’étude, SATELIT (Saclay Target with Lithium), a observé une première circulation du Li liquide pendant plusieurs heures. La prochaine étape du projet sera de tester cette technologie avec le faisceau produit par l’accélerateur IPHI pour créer les premiers neutrons courant 2022.

L'objectif visé dans la construction de la réalisation de sources compactes de neutrons à base d’accélérateurs à fort courant est de permettre de réaliser, sur ces sources, des expériences de diffusion de neutrons, avec pratiquement la même qualité que celles réalisées auprès des lignes neutrons issues de réacteurs de recherche de type Orphée*.

Ces sources sont réalisées à partir d'un faisceau de protons de moyenne énergie (3-50 MeV) et haut courant (~ 100 mA) frappant une cible d’un matériau léger comme le béryllium, qui émet alors des neutrons. Pour être utilisable de manière routinière, la cible doit pouvoir résister sur de longues durées à une forte irradiation sans perte de performance.

Les équipes de l'Irfu (DACM, DEDIP, DIS, DPhN) et du LLB réunies ont réalisé une cible béryllium implantée en sortie de l'injecteur de protons à haute intensité - IPHI (3 MeV) à Saclay. Ils montrent qu'avec ce dispositif il est possible d'obtenir l'intensité de neutrons nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction dans un temps raisonnable, démontrant la compétitivité d'une telle source pour la diffusion de neutrons par rapport aux réacteurs nucléaires actuels de petite et moyenne puissance.

*Ancien réacteur de recherche de Saclay, aujourd'hui fermé. 

Une équipe NeuroSpin a développé une méthode pour maximiser la correction des inhomogénéités du champ magnétique statique des IRM haut champ et a conçu un prototype, le fourreau de shim Scotch, pour la mettre en œuvre. Dans un article publié dans NeuroImage, l’équipe montre que Scotch remplit son rôle avec une précision inégalée.

Depuis le dévoilement des premières images acquises avec l’IRM 11,7 T installé à NeuroSpin à l’automne 2021, le travail des équipes du CEA-Irfu et du CEA-Joliot s’est poursuivi et s’est notamment concentré sur le développement et la validation expérimentale de leur antenne “home made” dédiée à cet imageur exceptionnel. Car, bien que spectaculaires, les images de potimarron n’étaient pas optimales, acquises avec une simple antenne de validation des équipements. Ce développement constitue une nouvelle prouesse technologique des équipes pour transformer l’aimant hors norme en imageur IRM humain corps entier le plus puissant au monde. Explications avec Alexis Amadon (CEA-Joliot) et Michel Luong (CEA-Irfu).  

Le LEAS (Laboratoire d’Etude des Aimants Supraconducteurs) au CEA Paris-Saclay a entièrement fabriqué une bobine à base du supraconducteur Nb₃Sn (niobium-étain), de type SMC (Short Model Coil). Cette bobine est un modèle court destiné à être assemblé dans une structure d’aimant, puis être testé à température cryogénique. Le Nb₃Sn est envisagé pour des futurs aimants d’accélérateurs générant des champs magnétiques jusqu’à 16 T (teslas), ce qui doublerait les performances des meilleurs aimants actuellement utilisés. Cela nécessite cependant de nombreux développements technologiques. Ce type de bobine courte a été développé par le Cern, en collaboration avec le CEA, pour permettre de tester de nouvelles technologies et nouveaux procédés de fabrication dans des conditions représentatives des futurs aimants à haut champ. La fabrication de la bobine SMC-CEA s’est déroulée au LEAS de mai à octobre 2021, puis la bobine a été livrée au Cern afin d’être assemblée dans une structure, puis testée dans un bain d’hélium liquide et superfluide, sous fort courant, dans une station dédiée. Les tests ont livré des résultats encourageants, ce qui a permis de démontrer que le LEAS est l'un des rares laboratoires européens à posséder désormais toutes les capacités pour fabriquer des bobines supraconductrices à base de Nb₃Sn. Cette preuve de faisabilité valide la première étape du programme de développement des aimants à haut champ pour les futurs accélérateurs.

L'objectif visé dans la construction de la réalisation de sources compactes de neutrons à base d’accélérateurs à fort courant est de permettre de réaliser, sur ces sources, des expériences de diffusion de neutrons, avec pratiquement la même qualité que celles réalisées auprès des lignes neutrons issues de réacteurs de recherche de type Orphée*.

Ces sources sont réalisées à partir d'un faisceau de protons de moyenne énergie (3-50 MeV) et haut courant (~ 100 mA) frappant une cible d’un matériau léger comme le béryllium, qui émet alors des neutrons. Pour être utilisable de manière routinière, la cible doit pouvoir résister sur de longues durées à une forte irradiation sans perte de performance.

Les équipes de l'Irfu (DACM, DEDIP, DIS, DPhN) et du LLB réunies ont réalisé une cible béryllium implantée en sortie de l'injecteur de protons à haute intensité - IPHI (3 MeV) à Saclay. Ils montrent qu'avec ce dispositif il est possible d'obtenir l'intensité de neutrons nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction dans un temps raisonnable, démontrant la compétitivité d'une telle source pour la diffusion de neutrons par rapport aux réacteurs nucléaires actuels de petite et moyenne puissance.

*Ancien réacteur de recherche de Saclay, aujourd'hui fermé.