Recherche.
PARTICULES & INTERACTIONS FONDAMENTALES
MESURES DE PRECISION A BASSE ENERGIE
Six expériences à la recherche d’une physique au-delà du modèle standard afin de répondre aux grandes questions de la physique moderne, comme l’apparition de la matière dans l’univers, la compréhension de la matière noire, et bien d’autres encore.
EXPERTISES
DETECTION
INSTRUMENTATION
ANALYSE DES DONNEES
SIMULATIONS
PROCESSING DES DONNEES
n2EDM
Quelle est l’origine de la matière dans notre univers ? Telle est la question à laquelle cherche à répondre les physiciens de l’expérience n2EDM.
En 1967, A. Sakharov énonce les conditions nécessaires à l’apparition de la matière (la disparition de l’antimatière) dans notre univers. Ces conditions ne sont pas toutes vérifiées par le modèle standard de la physique des particules. En revanche, certains modèles alternatifs (décrivant une physique dîtes au-delà du modèle standard) offrent des scénarii viables. Les mesures de moments dipolaires électriques permettent de tester les différents modèles aujourd’hui en compétition.
PARTICIPATION DU LABORATOIRE
- Réalisation de la chambre à vide de l’expérience : enceinte en aluminium (amagnétique) et de grandes dimensions.
- Conception du système de bobines internes (64) générant le champ magnétique principal B0
- Conception d’un nouveau détecteur de neutrons (GADGET) capable de supporter de forts taux de comptage (~ 106 événements/s)
- Réalisation de l’analyseur simultanée de la polarisation des neutrons
- Participation à la prise et à l’analyse des données
COMET
Parallèlement aux recherches directes de la nouvelle physique actuellement en cours à la frontière des hautes énergies (LHC et futurs collisionneurs), plusieurs expériences recherchent des signaux au-delà du modèle standard à la frontière des hautes intensités. La violation de saveur de lepton chargé (cLFV) apparaît comme un signal clair de l’existence d’une nouvelle physique au-delà du modèle standard. L’objectif de l’expérience COMET (COherent Muon to Electron Transition), à J-PARC au JAPON a pour objectif est la mise en évidence de cette violation de la saveur leptonique à partir d’un signal rare issu de la conversion du muon sans émission de neutrino au voisinage d’un noyau d’aluminium.
COMET est une collaboration internationale regroupant plus de 200 collaborateurs à travers 41 instituts et 17 pays. Le porte-parole de cette expérience est Yoshitaka Kuno du Departement de Physique de l’université d’Osaka au Japon. L’expérience est prévue de se dérouler en deux phases. La phase 1 est prévue pour démarrer en 2020. En France, la collaboration COMET-France regroupe des physiciens et ingénieurs de 5 laboratoires de l’IN2P3/CNRS : le LPNHE à Jussieu, le LPC Clermont, l’IPN Lyon, le centre de calcul IN2P3 à Villeurbanne et le LPC Caen.
PARTICIPATION DU LABORATOIRE
Le LPC Caen est partie prenante dans ce projet particulièrement à travers sa contribution dans les simulations de type Monte Carlo pour connaître avec précision le flux et le spectre en énergie des différentes particules produites au cours de l’expérience permettant entre autre d’estimer les doses reçues et donc la tenue aux irradiations de l’ensemble des constituants des dispositifs expérimentaux présents sous le flux de particules.
Mesures de précision dans la décroissance bêta nucléaire
projets : bSTILED, MORA et WISArD
Le Modèle Standard de la physique des particules représente notre meilleure description des constituants fondamentaux de la matière et de leurs interactions. Pourtant, il laisse sans réponse des énigmes majeures : l’asymétrie entre matière et antimatière, la nature de la matière noire, ou encore, l’origine de la masse des neutrinos.
Parmi ses prédictions, l’interaction faible, responsable de la désintégration bêta nucléaire, se limite à deux types de courants, le courant vectoriel (désintégrations de Fermi) et le courant axial-vectoriel (désintégrations de Gamow-Teller). L’existence de courants « exotiques » scalaire et tensoriel, ou bien violant certaines symétries discrètes, est cependant permise par des théories plus larges, et leur observation peut offrir des clés permettant de dépasser les limites actuelles du Modèle Standard.
Deux approches complémentaires sont mobilisées pour traquer ces courants exotiques : d’une part, les expériences de haute énergie menées auprès d’accélérateurs comme le LHC ; d’autre part, les mesures de précision des désintégrations bêta, où l’on scrute les écarts aux prédictions du Modèle. C’est dans ce dernier contexte que s’inscrivent les expériences bSTILED, MORA et WISArD.
bSTILED
L’expérience bSTILED (b : Search for Tensor Interactions in nucLear bEta Decay) a pour objectif une mesure extrêmement précise de la forme du spectre en énergie des électrons émis dans la désintégration de noyaux radioactifs d’6He. Cette mesure donne accès au terme d’interférence de Fierz, issu de contributions exotiques de type tenseur potentiellement présentes dans l’interaction faible. L’expérience exploite des faisceaux radioactifs d’ions 6He produits par le GANIL qui sont directement implantés dans des calorimètres.
PARTICIPATION DU LABORATOIRE
Deux dispositifs de mesure basés sur l’utilisation de scintillateurs de type YAP:Ce et assurant une géométrie de détection 4p ont été développés. Le premier, constitué d’un détecteur fixe et d’un détecteur mobile placés dans une chambre à vide, exploite un faisceau d’ions 6He de la ligne LIRAT (GANIL) implanté à la surface des détecteurs. Le second est conçu pour l’implantation, au cœur du détecteur, d’ions 6He de de haute énergie (300 MeV) produits sur la ligne de faisceau LISE (GANIL). Ces deux dispositifs permettent de s’affranchir de la rétrodiffusion des électrons hors du volume de détection.
MORA
A chaque particule – électron, neutron, proton, etc. – correspond une antiparticule : c’est ce qu’on appelle l’antimatière. Leurs caractéristiques physiques sont quasiment identiques : elles ont notamment la même masse, mais des charges opposées. Selon la théorie du Big Bang, la matière et l’antimatière devraient avoir été produites en quantité égale au moment de la création de l’Univers. Et pourtant, l’Univers tel que nous l’observons est composé en très grande majorité de matière.
Le projet MORA (Matter’s Origin from the RadioActivity of trapped and laser oriented ions), porté par le GANIL et le LPC Caen, aborde donc l’une des questions les plus fondamentales de la physique moderne : pourquoi l’antimatière est-elle quasi absente dans l’Univers visible ?
PARTICIPATION DU LABORATOIRE
Pour y répondre, le GANIL et le LPC Caen vont élaborer avec le concours financier de la Région Normandie un dispositif expérimental unique au monde : il permettra de piéger à l’aide de champs électriques des ions radioactifs, de les aligner selon leurs propriétés magnétiques à l’aide de lasers, et de mesurer avec une très grande précision l’angle d’émission des particules lors de la désintégration radioactive.
Ces mesures seront confrontées aux prédictions du Modèle Standard, qui donne le cadre théorique général décrivant les propriétés de la matière et de l’antimatière, mais n’est pas suffisant pour reproduire l’asymétrie d’abondance observée. Elles permettront en particulier de rechercher l’existence de particules hypothétiques, appelées leptoquarks, hypothèse populaire invoquée pour expliquer un tel déséquilibre entre matière et antimatière dans l’Univers. Le dispositif bénéficiera des dernières avancées en termes de production et de manipulation de faisceaux radioactifs auprès des nouvelles installations de GANIL-SPIRAL2.
WISArD
L’objectif de l’expérience WISArD (Weak Interaction Studies in Ar Decay) est de mesurer avec une précision inédite de 0,1 % la corrélation angulaire entre la particule bêta et le neutrino émis lors de la désintégration de noyaux radioactifs 32Ar produits à ISOLDE-CERN. Cette corrélation, sensible à la présence de courants exotiques de l’interaction faible, est déterminée indirectement à partir de l’énergie transmise aux protons émis par le noyau fils (32Cl) issu de la décroissance bêta.
PARTICIPATION DU LABORATOIRE
- Analyse et prise de données
- Développement du système d’acquisition
- Développement de l’électronique bas bruit des détecteurs protons
- Conception du détecteur MCP pour la mesure du profil d’implantation
PUBLICATIONS
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Cette thèse a été réalisée au sein de l’expérience n2EDM qui se déroule au P aul Scherrer Institute en Suisse. L'objectif de l'expérience est de mesurer le moment dipolaire électrique du neutron avec une sensibilité inédite de 1×10−27 e·cm.Le travail effectué au cours de ces 3 […]
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We present a novel method for extracting the energy spectrum of ultracold neutrons from magnetically induced spin depolarization measurements using the n2EDM apparatus. This method is also sensitive to the storage properties of the materials used to trap ultracold neutrons, specifically, whether […]
EQUIPE
MORA : BAN Gilles | DUMENIL Victor | LIENARD Etienne | GUILLET Driss | HAYEN Leendert | BOSQUET Vincent
COMET : BAN Gilles | ANGELIQUE Jean-Claude
bSTILED : FLECHARD Xavier | GARREAU Romain | HAYEN Leendert | HELAL Safa | LIENARD Etienne | NAVILIAT-CUNCIC Oscar | RANI Anjli
WISArD : BAN Gilles | FLECHARD Xavier | LIENARD Etienne
S3 LeB : BRUN Maylis | de ROUBIN Antoine
LPC Caen
LABORATOIRE DE PHYSIQUE CORPUSCULAIRE DE CAEN
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