Actualités IRFU

L’ESS (European Spallation Source) refroidit, pour la 1ère fois, 180m d’accélérateur supraconducteur

L’European Spallation Source (ESS) est un projet de source de neutrons générée par un accélérateur linéaire de particules. Située à Lund, en Suède, et fédérant les efforts de 13 pays européens, cette installation sera la source de neutrons la plus puissante au monde. Des avancées importantes sont attendues dans le domaine de la recherche sur la matière au bénéfice de l'énergie, des télécommunications, de la fabrication, des transports, des technologies de l'information, de la santé et des biotechnologies. La France est impliquée dans la construction et le fonctionnement de l’ESS, aussi bien côté CEA au niveau de l’accélérateurs de protons avec les équipes de l’Irfu que des instruments de diffusion neutronique avec celles de l’Iramis. Après 5 ans d'assemblage à Saclay, les cryomodules installés dans le tunnel d'ESS ont été refroidis pour la première fois à 4K.

De la conception à la réalisation : la success-story de TPOT pour sPHENIX

L’Irfu a réalisé dans un temps record le détecteur TPOT pour l’expérience sPHENIX aux États-Unis. Ce détecteur Micromegas permet l’étalonnage de l’instrument principal de trajectographie de sPHENIX, la chambre à projection temporelle. C’est grâce à l’expertise acquise ces dernières années autour du laboratoire MPGD que le design (2021), la réalisation (été 2022) et les tests (automne 2022) ont pu être achevés si rapidement. La prise de données a démarré avec succès en 2023 et a continué en 2024. Les performances du détecteur sont détaillées dans la publication Nucl.Instrum.Meth.A 1066 (2024) 169615.

Avoir ou ne pas avoir une atmosphère ? Telle est la question pour la planète TRAPPIST-1 b

Le système TRAPPIST-1, fascinant par ses sept planètes rocheuses de taille terrestre, dont trois situées dans la zone habitable, représente une opportunité unique pour étudier les atmosphères des exoplanètes. Le télescope spatial James Webb (JWST) joue un rôle clé en permettant de mesurer l’émission thermique de ces planètes tempérées. Une première campagne d’observation à λ=15 µm avait révélé une température de 503 K sur le côté jour de la planète TRAPPIST-1 b, suggérant l'absence d'atmosphère et une surface très sombre. Cependant, basée sur les observations d’une seconde campagne à λ=12,8 µm, cette nouvelle étude menée par le Département d’Astrophysique de l’IRFU du CEA Paris-Saclay a mesuré une température bien plus basse que celle attendue par le scénario précédent, obligeant ainsi les chercheurs à explorer de nouvelles pistes. Parmi les hypothèses envisagées, une atmosphère riche en CO? et en brumes est une possibilité, bien qu’un scénario de surface ultramafique volcanique semble plus probable. Pour résoudre ce mystère, une nouvelle phase d’observations a été lancée, visant à suivre le flux lumineux de la planète tout au long de son orbite. Ce résultat a été publié dans la prestigieuse revue Nature Astronomy : « Combined analysis of the 12.8 and 15 μm JWST/MIRI eclipse observations of TRAPPIST-1 b »

Première observation de la désintégration nucléaire à deux photons dans des noyaux atomiques nus

Pour la première fois, une équipe de recherche internationale, dirigée par le GSI/FAIR à Darmstadt, l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) au CEA-Saclay, en France, et l'Institut Max Planck de physique nucléaire à Heidelberg (MPIK), a réussi à observer la désintégration à deux photons sur un noyau atomique dit « nu », dont les couches d’électrons ont été entièrement retirées. Les mesures sur des noyaux de germanium-72 (72Ge)ont été effectuées dans le cadre du programme expérimental FAIR Phase 0 dans l'anneau de stockage expérimental ESR à GSI/FAIR. Les résultats ont été publiés récemment dans la revue Physical Review Letters [1].

L’observatoire de rayons gamma CTAO promu infrastructure de recherche d’intérêt européen

La Commission européenne a annoncé ce mardi 7 janvier avoir accordé à CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory) le statut de Consortium Européen pour une infrastructure de recherche (ERIC), une forme juridique spécifique en droit de l’Union Européenne facilitant la création et l’exploitation d’infrastructures de recherche d’intérêt européen. CTAO devient ainsi le 29ème ERIC créé depuis 2009. En fournissant une structure juridique reconnue au niveau international, la décision de la Commission européenne accélèrera la construction de l’Observatoire et facilitera son exploitation en assurant la stabilité du financement des infrastructures, en accompagnant le recrutement de nouveau personnel, mais aussi en établissant un cadre pour la distribution des données de l’Observatoire à l’échelle mondiale.

Nouveau dispositif de contrôle de dose pour la protonthérapie

Une équipe de scientifiques du GANIL a développé un dosimètre à scintillation nommé SCICOPRO (SCIntillation pour le COntrôle des irradiations en PROtonthérapie) en collaboration avec le Laboratoire de Physique Corpusculaire de Caen et le Centre de Lutte Contre le Cancer François Baclesse. Ce centre possède un équipement de proton thérapie appelé Proteus ONE (société IBA) équipé du ‘pencil beam scanning’, qui permet d'administrer une irradiation à l’aide de multiples faisceaux extrêmement fins qui vont balayer le volume tumoral. Avant l’irradiation sur le patient, les physiciens médicaux réalisent un contrôle qualité du traitement par des mesures de profil de dose en profondeur sur un fantôme d’eau. Cette étape prend du temps car nécessite l’utilisation de plusieurs instruments. L’étude réalisée ici, a permis de développer un système unique effectuant les mesures de cette étape de contrôle qualité des traitements et de réduire le temps dédié à cette tâche. Une évaluation sur des faisceaux connus a permis de démontrer que SCICOPRO était capable de mesurer des faisceaux de protons avec une précision de l’ordre de 580 µm sur la position, 180 keV sur l’énergie et 3 % pour l’intensité. Des mesures du système pour un vrai plan de traitement avec plusieurs milliers de faisceaux délivrés à 1 kHz ont aussi montré que ce nouveau dispositif à base de scintillateur vérifie les faisceaux qui seront délivrés au patient. Il est même sensible à des erreurs d’orientation de la table de traitement, aussi petites que 1°. Les performances de SCICOPRO sont très prometteuses et répondent aux besoins de la pratique clinique. Les résultats ont été publiés dans la revue Medical Physics Avant que ce nouveau dispositif soit utilisé en routine clinique, un autre prototype plus grand est en développement et la mesure en 3D des distributions de dose fait l’objet d’une thèse.

Des superflares solaires plus fréquentes qu’on ne le pensait. Un danger sous-estimé pour la Terre ?

Une superflare est une émission électromagnétique d’une puissance exceptionnelle émanant d’une étoile, libérant une énergie équivalente à un trillion de bombes à hydrogène, bien au-delà des éruptions solaires enregistrées à ce jour. Pour déterminer si le Soleil est capable de produire de tels monstres, une équipe internationale, incluant le Département d’Astrophysique de l’IRFU au CEA Paris-Saclay, a analysé des dizaines de milliers d’étoiles similaires au Soleil. Les chercheurs ont découvert que non seulement le Soleil peut générer des superflares, mais celles-ci se produiraient en moyenne une fois par siècle, une fréquence bien plus élevée qu’estimée jusqu’ici. Cependant, les traces laissées par d’anciennes éruptions solaires dans les archives terrestres montrent que ces superflares ne s’accompagnent pas toujours d’éjections massives de matière, une chance pour notre société technologique vulnérable à ces événements. Pour mieux comprendre et anticiper ces colères solaires, les chercheurs s’appuient sur des simulations numériques complexes pour étudier les mécanismes à l’origine du magnétisme et des éruptions solaires. L’étude a été publiée le 13 décembre 2024 dans la revue Science.

Photobombes : lorsque des astéroïdes s’incrustent sur les images du JWST !

Alors que le JWST observait TRAPPIST-1, le système aux sept exoplanètes, une équipe internationale de chercheurs, incluant le Département d’Astrophysique du CEA Paris-Saclay, s’est aperçue que des passagers célestes faisaient régulièrement leur entrée dans le champ de vue. Ils ont alors mis au point une méthode pour les étudier et ont ainsi identifié 138 nouveaux astéroïdes de la ceinture principale. Ces corps célestes, allant de la taille d’un bus à celle de plusieurs stades, représentent les plus petits astéroïdes jamais détectés dans cette région de l’espace. Grâce à cette nouvelle approche, les chercheurs peuvent désormais repérer des astéroïdes aussi petits que 10 mètres de diamètre, ouvrant la voie à une exploration approfondie des petits objets du système solaire. Cette avancée est cruciale pour mieux comprendre l’histoire du système solaire et pour améliorer le suivi des astéroïdes potentiellement dangereux, renforçant ainsi la sécurité planétaire. Cette étude a été publiée dans la prestigieuse revue Nature, avec pour titre « JWST sighting of decameter main-belt asteroids and view on meteorite sources ».

Cure de jouvence pour CMS

Depuis sa mise en service, le LHC a permis des avancées majeures sur la compréhension du Modèle Standard de la physique des particules, de la découverte du boson de Higgs aux mesures les plus précises de la masse du boson W et des propriétés du quark top. Pour aller encore plus loin, une phase haute luminosité du LHC débutera en 2030, permettant d’augmenter le taux de collisions d’un facteur 5 et la quantité de données totale d’un facteur 10. Pour soutenir ces conditions extrêmes, le détecteur CMS doit subir nombres de modifications y compris l’ajout d’un détecteur de temps (MTD) et le remplacement complet de la calorimétrie avant (HGCAL). En particulier, l’électronique de lecture de tous les détecteurs est revue. L’IRFU a conçu plusieurs puces au cœur de cette électronique pour le calorimètre central (ECAL), le HGCAL et le MTD. Une caractéristique commune à toutes ces puces est le soin extrême apporté à la mesure de temps qui doit être réalisée avec une précision jamais atteinte sur des systèmes aussi complexes : des millions de voies de lecture, provenant de systèmes hétérogènes, doivent être synchronisées avec une précision meilleure que 30 ps. En effet, l’expérience CMS a fait le pari de la précision temporelle pour limiter les effets indésirables de l’augmentation du taux de collision. La totalité des puces auxquelles l’IRFU contribue entre aujourd’hui dans la phase de production. À cette occasion, nous vous proposons un tour d’horizon.

Des astronomes observent la formation in situ de sphéroïdes dans des galaxies lointaines brillantes en submillimétrique

S'appuyant sur des avancées techniques et observationnelles, une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Département d’Astrophysique de l’IRFU (CEA Paris-Saclay) a élucidé le mystère de la formation des sphéroïdes, que l’on trouve dans les bulbes des galaxies à spirales et dans les galaxies elliptiques géantes. Ces structures, longtemps considérés principalement comme le produit de fusions galactiques tardives dans l’histoire cosmique, pourraient se former aussi directement dans l’Univers lointain. Leur forme sphérique résulterait d’une intense formation d’étoiles induite par un processus dynamique combinant l’accrétion de gaz froid et des interactions galactiques. Ces découvertes représentent une avancée majeure dans notre compréhension de l’évolution des galaxies, impactant les modèles actuels qui bénéficieront aussi d’observations à haute résolution grâce aux télescopes de dernière génération (JWST, Euclid, etc.). Cette recherche a été présentée dans un article intitulé « In situ spheroid formation in distant submillimetre-bright Galaxies », publié dans la prestigieuse revue Nature.

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