Section des unités de recherche Vague A : Campagne d’évaluation 2014 - 2015 Unité de recherche Dossier d’évaluation N.-B. : On renseignera ce dossier d’évaluation en s’appuyant sur l’ « Aide à la rédaction du dossier d'évaluation d'une unité de recherche ». Nom de l’unité : Acronyme : Nom du directeur pour le contrat en cours : Nom du directeur pour le contrat à venir : Type de demande : Renouvellement à l’identique □ Restructuration □ Création ex nihilo □ Choix de l’évaluation interdisciplinaire1 de l’unité de recherche : Oui □ Non □ 1 L'évaluation interdisciplinaire concerne les unités de recherche dont les activités relèvent au minimum de deux disciplines appartenant à des domaines scientifiques différents (SHS, ST, SVE). Vague A : campagne d’évaluation 2014-2015 Janvier 2014 1 Section des unités de recherche 2. Astroparticule, rayons cosmiques et cosmologie Expériences : Auger, CMB-Planck, AMS/CREAM, LSST 2.1 Introduction Les chercheurs et personnels techniques du LPSC participent à plusieurs projets couvrant la thématique « astroparticules et cosmologie » : étude des rayonnements cosmiques d'origine galactique, étude des astroparticules aux énergies les plus hautes, détermination des paramètres cosmologiques, recherche directe des particules de la matière sombre. Cette activité est soutenue par un groupe de phénoménologie dont les activités transverses couvrent plusieurs de ces aspects. Des instruments spécifiques doivent être conçus, construits puis exploités afin de mener à bien ces projets. Dans le cadre de collaborations nationales ou internationales, pour des instruments au sol, embarqués en ballon ou sur des satellites, ingénieurs, techniciens et physiciens du LPSC mettent tout en œuvre pour assurer la réussite de ces expériences auxquelles ils contribuent. 2.2 Mesure et phénoménologie du rayonnement cosmique galactique : AMS, CREAM Physiciens impliqués : A. Barrau, V. Bonnivard, M. Buénerd, L. Derome, A. Ghelfi, W. Gillard, D. Maurin, J-S. Ricol, N. Tomassetti Le rayonnement cosmique galactique (RCG) a été découvert il y a maintenant un siècle. Il s’agit de particules énergétiques accélérées à des énergies relativistes dans les fronts de chocs associés à des explosions d’étoiles (supernovæ). Ces particules se propagent ensuite dans la galaxie et notre système solaire. Le flux de particules frappant la partie supérieure de l’atmosphère terrestre est de l’ordre de 1000 particules par m2 et par seconde. Bien qu’étudié depuis un siècle, le RCG reste un domaine de grande activité d’un point de vue expérimental et théorique : de nombreuses questions sont toujours sans réponses (origine, accélération, propagation). Par ailleurs, les composantes rares du RC (e+, antiprotons) sont des sondes pour la présence de matière noire dans notre Galaxie via leur annihilation. L’objectif d’AMS-02 (installé depuis mai 2011 sur la station spatiale internationale) est la mesure « définitive » de la composition du RC d’énergie entre la centaine de MeV et le TeV. Le LPSC a été impliqué dans la conception et la construction de l’imageur Cherenkov (RICH) d’AMS-02, qui permet la mesure de la charge et la vitesse des particules traversant le détecteur. Depuis 2011, le groupe a travaillé à la caractérisation des détecteurs et l’étude de leurs performances. Un exemple est donné par l’utilisation des protons du RCG pour réaliser une cartographie complète de l’indice de réfraction du radiateur aérogel utilisé dans le RICH d’AMS-02. Concernant l’exploitation des données, plusieurs analyses sont menées en parallèle. Le groupe a fourni une mesure indépendante (de l'analyse standard) de la fraction de positrons en utilisant le RICH à basse énergie. Enfin, les membres du groupe jouent actuellement un rôle moteur pour les mesures des flux de protons et d’hélium dans AMS. Pour terminer, l'expertise acquise par l’étude du RCG à basse énergie en lien avec l’activité solaire est très utile pour la collaboration. L’expérience CREAM est une expérience embarquée sur ballon stratosphérique. Son objectif est la mesure du RCG entre 1 TeV et 1 PeV (complémentarité avec AMS-02). Le groupe du LPSC a construit en 2006 un imageur Cherenkov appelé CherCam, dérivé du RICH d’AMS-02. CherCam a été embarqué sur quatre campagnes de vol. L'analyse des mesures prises lors de ces vols nous a permis de reconstruire les flux des noyaux B, C, N, O et du rapport B/C dans le RCG. Présentés à COSPAR, ces résultats sont les plus récents de la collaboration CREAM. Le service électronique a développé des alimentations 12 kV pour les HPD du calorimètre de CREAM. La phénoménologie du RCG s’intéresse aux paramètres des modèles de propagation RCG utilisant : les espèces dites primaires (p, He, C, O, etc.) qui sont les plus abondantes et qui tracent les sources du RCG, et espèces dites secondaires (2H, 3He, B, etc.) qui tracent les mécanismes de transport dans la Galaxie. Pour tirer parti au mieux des mesures d'AMS-02 et de CREAM à venir, le groupe a développé et utilisé (pour la première fois dans le rayonnement cosmique) un Markov Chain Monte Carlo (MCMC) pour contraindre les paramètres de propagation. Une base de données2 regroupant l'ensemble des données du RCG en-deçà du PeV a été mise à disposition de la communauté (plus de 700 adresses IP se sont déjà connectées). Pour la recherche indirecte de 2 https://lpsc.in2p3.fr/crdb Vague A : campagne d’évaluation 2014-2015 Janvier 2014 2 Section des unités de recherche matière noire, en complément des espèces chargées, le groupe du LPSC a étudié et classé les meilleures cibles en γ pour les observatoires présents (Fermi-LAT) et futurs (CTA). Au sein de ce groupe a été développé le premier code public CLUMPY3 pour le calcul du facteur astrophysique J (dépendant de la densité de matière noire), ce qui a permis d'étudier les signaux attendus dans galaxies naines sphéroïdes et les amas de galaxies. Perspectives AMS est dans une phase de prise et d’exploitation des données. L’objectif dans les années à venir est de poursuivre le retour scientifique de cette expérience en terme de mesure des flux des noyaux et des rapports isotopiques pour la physique de la propagation galactique, de recherche de matière noire, de variation des flux pour l’étude de la modulation solaire. ISSCREAM devra être installé fin 2014, début 2015 sur la station spatiale internationale, nous envisageons une participation pour étendre les analyses AMS à plus haute énergie. La phénoménologie associée à ces nouveaux résultats sera développée pour mieux contraindre les modèles de propagation du RCG et étudier le potentiel des différentes sondes pour la détection de matière noire. 2.3 Rayons cosmiques d’ultra haute énergie : AUGER Physiciens impliqués : M. Avenier, C. Bérat, , J. Chauvin, D-H Koang, D. Lebrun, S. Le Coz, K. Louedec, F. Montanet, K. Payet, C. Rivière, A. Stutz, M. Tartare La physique des rayons cosmiques d’ultra haute énergie (RCUHE) permet d’explorer un domaine d’énergie inaccessible aux accélérateurs et ouvre la voie à l’exploitation des particules cosmiques dans l’astronomie. Le flux de RCUHE est extrêmement faible (moins de un rayon cosmique par km2 et par siècle pour les plus hautes énergies) et leur étude est conditionnée par la caractérisation des gerbes de particules secondaires qu’ils engendrent dans l’atmosphère. Une équipe de recherche du LPSC est membre de la collaboration internationale à l’origine de l’Observatoire Pierre Auger, le plus grand détecteur de rayons cosmiques en fonctionnement. S’étendant sur 3000 km2, l’Observatoire mesure les gerbes en détectant les particules arrivant au sol, avec un réseau de 1660 détecteurs autonomes (compteurs Cherenkov à eau), et la lumière de fluorescence qu’elles produisent dans l’atmosphère, avec 27 télescopes. L’équipe s’est fortement impliquée dans le fonctionnement de l’Observatoire, plus particulièrement dans le contrôle en ligne du réseau au sol, et la caractérisation de l’atmosphère. Durant les 5 dernières années, la mesure des gerbes atmosphériques par la collaboration Auger a permis des avancées remarquables dans la connaissance des RCUHE. Ces résultats ont donné lieu, depuis 2009, a 37 articles dans des revues à comité de lecture. Leur spectre en énergie a été mesuré avec une précision inégalée de 0.1 à 100 EeV (soit 1018 eV), et la forte diminution du flux au-delà de 40 EeV est confirmée de façon indiscutable. La nature de cette atténuation reste cependant à établir, deux scénarios différents pouvant l’expliquer : soit une coupure due à l’interaction des RCUHE dans leur propagation avec les photons du fond cosmologique, soit une limite en énergie intrinsèque à leurs sources. La recherche de neutrinos UHE, à laquelle le LPSC a participé, a conduit à mettre des limites sur leur flux. Cette absence clairement établie de neutrinos, et également de photons, tels que prédits par les modèles attribuant l’origine des RCUHE à la désintégration de particules super massives, défavorise ceux-ci au profit des modèles d’accélération dans des sites astrophysiques. La collaboration Auger a analysé les directions d'arrivée des RCUHE aussi bien dans différentes gammes d'énergie que sur différentes échelles angulaires. Même si la distribution d’arrivée des rayons cosmiques observés au-delà de 50 EeV est anisotrope (avec un niveau de confiance supérieur à 99%), leurs sources, bien que vraisemblablement astrophysiques, restent inconnues. Des indices d'une potentielle anisotropie à grande échelle autour de 1 EeV, gamme en énergie particulièrement riche en informations sur la fin de la composante galactique du rayonnement cosmique, sont à confirmer sur les données à venir. L'interprétation des mesures de la profondeur du maximum de développement des gerbes suggère une évolution de la composition du rayonnement cosmique des noyaux légers (protons) vers des noyaux plus lourds (fer), au delà de 4 EeV. Ce résultat, extrapolé au-delà de 50 EeV, semble incompatible avec l’existence de l’anisotropie observée à haute énergie, les déviations magnétiques typiques subies par des noyaux lourds ne permettant pas de pointer vers leur source. Les UHECR offrent l’unique possibilité d’étudier les interactions hadroniques à haute énergie, et le LPSC a été impliqué dans l’organisation des analyses portant sur ce thème. La section efficace proton-air a pu être mesurée à une énergie dans le centre de masse de 57 TeV, soit près d’un ordre de grandeur au-dessus de 3 https://lpsc.in2p3.fr/clumpy Vague A : campagne d’évaluation 2014-2015 Janvier 2014 3 Section des unités de recherche l’énergie actuelle du LHC. Cette mesure, convertie de manière fiable en une valeur de la section efficace proton-proton a été comparée aux résultats récents sur collisionneur afin de contraindre les modèles d’interaction hadronique. D'autres observables liées à la masse des rayons cosmiques, et très sensibles aux détails des interactions hadroniques d'UHE, sont analysées, telles que le nombre de muons dans les gerbes, leur profondeur de production dans l’atmosphère. La comparaison entre les mesures de l'Observatoire et les prédictions des modèles interactions hadroniques montre que ceux-ci doivent encore être amendés pour reproduire des données toujours plus précises. Malgré la remarquable précision obtenue dans la mesure du spectre, celle-ci seule n'est pas suffisante pour séparer les différents scénarios astrophysiques capables de le reproduire. D'autres observables doivent être combinées pour pouvoir éclaircir la situation, en particulier pour identifier la nature des RCUHE. Pour cela, une meilleure séparation des composantes muoniques et électromagnétiques des gerbes atmosphériques est indispensable. Après avoir participé à la mise en œuvre d’un démonstrateur à l’Observatoire Radioastronomique de Nançay, l’équipe a poursuivi ses activités de R&D de détection radio des gerbes atmosphériques sur le site même de l’Observatoire Auger, non seulement dans la gamme des ondes décamétriques, mais aussi, dans le cadre d’une démarche innovante, dans la gamme des micro-ondes. Bénéficiant d’un financement ANR, les objectifs du projet sont d’utiliser les rayonnements de bremsstrahlung moléculaire comme nouvelle observable pour une meilleure identification de la composante électromagnétique des gerbes atmosphériques. Le LPSC a largement contribué à la caractérisation des antennes utilisées, et à la recherche de signaux radio dans les données. Bien que l’intensité du signal s’avère plus faible qu’attendue, le projet a permis de mettre en évidence l’émission par les gerbes de signaux radios autour de 3.4 GHz. Perspectives La collaboration Auger prévoit des améliorations de l’Observatoire pour poursuivre son exploitation après 2015, et progresser dans l’interprétation des résultats déjà obtenus. Une identification de la nature des particules primaires, événement par événement, s’avère indispensable, et peut être réalisée par une rénovation et une amélioration du réseau de détection des particules au sol. 2.4 Anisotropies en température et polarisation du Fond Diffus Cosmologique : PLANCK et NIKA Physiciens impliqués : R. Adam, A. Catalano, C. Combet, B. Comis, G. Hurier, F. Kharab, F. Macias-Perez, F. Mayet, L. Peroto, C. Renault, A. Ritacco, L. Sanselme, D. Santos Après COBE et WMAP, Planck est la troisième génération de satellite dédié à l’observation du rayonnement fossile à 3 K (ou CMB pour Cosmic Microwave Background), et le premier mis en oeuvre par l’agence spatiale européenne. Planck est une collaboration internationale organisée autour des deux instruments (LFI et HFI pour Low et High Frequency Instrument), regroupant environ 400 chercheurs, dans une dizaine de pays en Europe et en Amérique, pour un budget d’environ 550 M€. En France, le LPSC a des responsabilités « clefs» tant au niveau de l’instrument (électronique des systèmes de refroidissement à 20 K et 100 mK) que de l’analyse de données (TOI processing). L’objectif de Planck est la mesure définitive des anisotropies primaires en température et une mesure de précision pour la cosmologie des modes E et B de polarisation. À partir de l’étude statistique des observables, les paramètres cosmologiques tels que la géométrie et le contenu de l’Univers mais également la dynamique de la période d’inflation ont été estimés précisément, avec des erreurs de un à quelques pour-cent selon ces paramètres. Cette précision inégalée a permis de défavoriser de nombreux modèles de nouvelle physique qui ont dû faire face à de très fortes contraintes observationnelles. L'équipe Planck au LPSC a pris en main l'analyse des données ordonnées en temps (TOI) ainsi que l'étude des effets systématiques en température et en polarisation. Nous avons également mis en oeuvre des teste en laboratoire pour comprendre les phénomènes physiques à l'origine du très haut taux d'impact des rayons cosmiques observé par Planck. La qualité des cartes fournies, tant en terme de sensibilité que de résolution angulaire, permet également une reconstruction des anisotropies dites secondaires, car affectant le CMB après son émission. Notamment, le LPSC a participé activement à la première reconstruction aux plus grandes échelles angulaires de l’effet de lentille gravitationnelle que les grandes structures impriment sur le CMB, conférant ainsi une sensibilité à l’échelle absolue de masse des neutrinos. Nous avons également été fortement impliqués dans la construction et validation du catalogue de millier d’amas et super amas de galaxies observés grâce à leur interaction avec le rayonnement fossile par effet Sunayev-Zeldovich, ce qui a ouvert une nouvelle voie pour l’étude statistique des grandes structures. En outre Planck a permis une révolution dans la physique Vague A : campagne d’évaluation 2014-2015 Janvier 2014 4 Section des unités de recherche galactique permettant pour la première fois l’étude en température et polarisation des émissions galactiques diffuses : synchrotron, AME, free-free, poussière thermique et CO. Nous avons été responsables de la reconstruction de cette dernière qui constitue un contaminant inattendu mais majeur aux études cosmologiques. Enfin, nous avons pris en charge l'étude et correction des effets systématiques de fuites d'intensité en polarisation qui limitent la sensibilité de Planck pour la reconstruction des modes E et B. Ceci nous a aussi permis d'être fortement impliques dans l'analyse cosmologique en polarisation qui sera publiée en 2014. Grace à ces travaux, les membres permanents du groupe Planck au LPSC appartiennent au Core Team et ont gagné le droit de signer tous les articles Planck (60) qui ont eu un fort impact dans la communauté (plus de 1500 citations). Les membres non permanents ont pu signer les papiers correspondant aux analyse dans lesquels ils ont été impliqués. Plusieurs de ces articles ont été pris en charge par le LPSC suite à notre responsabilité dans l’analyse des données ordonnées en temps et notre implication dans les analyses de physique. Après le satellite PLANCK, construit à partir de détecteurs individuels, le futur de l'étude du Fond Diffus Cosmologique dans le domaine millimétrique passe par des matrices de détecteurs afin de pouvoir d’une part augmenter significativement la sensibilité des instruments pour la mesure des modes B en polarisation et donc l'étude de l’univers primordial, et d’autre part atteindre une haute résolution angulaire pour une étude détaillée des amas de galaxies par effet Sunyaev-Zeldovich et de l'époque de ré-ionisation de l’univers. Dans ce cadre, les caméras à base de Kinetic Inductance Detectors (KIDs) peuvent jouer un rôle majeur. Le LPSC en collaboration avec l’Institut Neel et l’IRAM est impliqué dans la fabrication de NIKA. NIKA est un projet pour la construction et l’exploitation d’une caméra bi-bande (140 et 240 GHz) de matrices de KIDs (environ 5000 détecteurs en tout) pour des observations en intensité et en polarisation dans le domaine millimétrique au télescope de 30 m de l’IRAM, Grenade. Le projet NIKA, financé par une ANR ainsi que par des contributions régulières du labex FOCUS, comporte trois phases principales: 1) construction et test d’un prototype avec une centaine de détecteurs par canal, 2) construction et installation de la camera finale, et 3) exploitation scientifique du temps d’observation garanti. L’ensemble de la caméra est composé d’un cryostat à dilution de 100 mK, trois matrices de KIDs, un système optique de reprise froide, un ensemble optique pour la polarisation, une électronique froide et des électroniques chaudes RF et de lecture. Le LPSC a eu la responsabilité du développement et construction de l'électronique de lecture du prototype et de la caméra finale ainsi que du système de mesure de la polarisation. Le LPSC participe également activement au design du cryostat de la caméra finale et à sa construction en incluant des développements mécaniques et des logiciels de contrôle du système cryogénique et de l’instrument. Des observations de qualité scientifique ont été obtenues pour la première fois avec des KIDs en 2012. L'équipe du LPSC a joué un rôle majeur dans l’analyse et interprétation de ces observations. Forte de son succès la camera prototype a été ouverte aux observateurs externes. Le projet NIKA a donné lieu à 11 articles publiés dans des revues de rang A (avec comité de lecture). Perspectives NIKA2, qui remplacera NIKA au télescope de 30 m de l'IRAM, sera opérationnel pour des observations astrophysiques début 2016. Le LPSC sera en charge du large programme NIKA2 sur l'effet SZ qui sera déroulera pendant 5 ans (observations et analyse compris). Nous participons également aux efforts pour la conception d'une mission satellite de type M pour la mesure ultime de la polarisation du CMB qui serait (si sélectionnée) mis en orbite en 2028. 2.5 LSST et cosmologie théorique Physiciens impliqués : A. Barrau, T. Cailleteau, A. Choyer, L. Derome, A. Gorecki, D. Maurin, J-S. Ricol, F. Vidotto Le projet LSST est un télescope qui permettra dès 2021 de dresser une carte 3D de l'Univers avec une profondeur et une précision inégalées. Le formidable catalogue de plusieurs milliards de galaxies lointaines observées par le télescope permettra une étude sans précédent de notre Univers et fournira des informations capitales en cosmologie. L'étude des oscillations baryoniques, par exemple, permettra de mieux comprendre l'énergie noire qui représente 70% de la densité d'énergie de notre Univers. Vague A : campagne d’évaluation 2014-2015 Janvier 2014 5 Section des unités de recherche L’un des enjeux majeurs de l’expérience LSST va être la reconstruction précise du redshift (photo-z) des galaxies. L’équipe du LPSC a développé une méthode utilisant les caractéristiques des PDFs (les distributions de probabilité a posteriori) des paramètres reconstruits pour produire un estimateur de qualité. Cet estimateur permet de rejeter les galaxies mal reconstruites et améliore considérablement les performances photo-z. Notre méthode permet ainsi d’atteindre une erreur en redshift inférieure à 0.003 comme requis dans les spécifications de LSST. D’autres investigations ont été menées, en particulier l’impact des caractéristiques des filtres sur les performances photo-z, qui ont mis en avant une dégradation non négligeable de la reconstruction photo-z pour des dépendances spatiales de la transmission (déplacement de la bande passante) de 2.5% entre le centre et le bord des filtres. Ces résultats ont permis d’alerter les constructeurs et de resserrer la contrainte de 2.5% à 1%. La caméra de LSST sera la plus grosse caméra jamais construite et possèdera plus de 3 milliards de pixels dont il faut calibrer la réponse à la lumière avec une précision meilleure que 0.5%. L’équipe du LPSC a pris la responsabilité du banc d’étalonnage de la caméra (CCOB). Les efforts de ces dernières années ont porté sur la caractérisation de la structure du faisceau à petite échelle et sur la simulation des performances du CCOB quant à l’alignement mécanique des éléments optiques de la caméra. Le LPSC a de plus pris la responsabilité de la fourniture de tous les éléments nécessaires à la construction et au fonctionnement du système "Chargeur de filtres". La gravitation quantique à boucles est un des rares modèles cohérent de quantification non-perturbative et invariante de fond de la relativité générale. Une communauté d’environ 200 chercheurs dans le monde travaille sur cette approche. La cosmologie quantique à boucles (LQC) est essentiellement l’application de ce cadre théorique à l’Univers dans son ensemble. Le résultat principal de la LQC est la disparition du Big Bang : l’évolution cosmologique ne présente plus de singularité et un grand rebond « Big Bounce» remplace le traditionnel Big Bang. Notre travail s’est porté sur 1) La construction d’une algèbre de contraintes cohérente incorporant les corrections d’holonomie et d’inverse-triades (i.e. les deux corrections quantiques majeures en LQC). 2) La dérivation du spectre tensoriel primordial avec les corrections d’holonomie. 3) L’étude d’une phase de « silence asymptotique », en accord avec la conjecture BKL, comme limite possible de la théorie à haute densité (ainsi que d’un éventuel changement de signature de la métrique). 4) La mise en évidence de l’existence systématique d’une phase d’inflation cosmologique suffisamment longue pour être en accord avec les observations. 5) L’étude des anisotropies en cosmologie quantique. 6) L’utilisation des trous noirs en évaporation et des étoiles de PLANCK comme sondes possibles. XX NOTE : LIEN AVEC LSST ? Sinon pourquoi grouper ces deux thèmes ? Réponse : le lien est ténu mais il existe au sens où cette activité théorique s’intéresse principalement au conséquence observationnelle de la LQC. Perspectives Pour le projet LSST, un des principaux enjeux sera d’assurer la livraison du système « chargeur de filtre » et la mise en œuvre du CCOB puis de participer aux prises de données de calibration. Nous allons nous impliquer dans le développement d’un outil de simulation robuste et détaillé d'un catalogue de galaxies tel que celui qui sera observé avec le télescope LSST. Nous allons étudier la précision des mesures des BAO avec LSST et l'impact des performances photo-z sur les paramètres cosmologiques d'énergie noire. Concernant les activités associées à la cosmologie quantique à boucles, les axes suivant seront abordés : calcul explicite de la durée de l’inflation dans les modèles de cosmologie quantique à rebond anisotropies - dérivation de l’équation de Friedmann effective à partir de l’approche des mousses de spin - comparaison des spectres de puissance scalaire et tenseur avec et sans changement de signature de la métrique au niveau du rebond. 2.6 MIMAC : Détection directionnelle de matière sombre. Physiciens impliqués : J. Billard, J. Lamblin, F. Mayet, Q. Riffard, D. Santos La détection directionnelle constitue une stratégie innovante de recherche de matière sombre galactique. L'idée est de profiter du mouvement du système solaire autour du centre galactique et à travers le halo de matière sombre. On observe ainsi un vent relatif de WIMP en provenance de la direction vers laquelle se dirige le système solaire. Une expérience permettant de mesurer à la fois l’énergie et la direction des reculs nucléaires devrait donc observer un excès d'événements dans cette direction, clairement discriminable du bruit de fond, isotrope dans le référentiel galactique. Le projet MIMAC est une première étape vers la définition d’un grand détecteur directionnel pour la détection de matière sombre. Vague A : campagne d’évaluation 2014-2015 Janvier 2014 6 Section des unités de recherche L’équipe du LPSC a développé une électronique rapide auto-déclenchante qui intègre un circuit ASIC original adapté à notre read-out. Elle a construit avec le service de Source d’Ions du LPSC, une ligne expérimentale qui permet de mesurer le « quenching » en ionisation, la partie de l’énergie cinétique récupérée en ionisation des ions dans différents mélanges gazeux. L’équipe a développé une miniaturisation de cette ligne de quenching appelée COMIMAC, permettant une mesure in-situ sur n’importe quel détecteur gazeux. Ce développement a été valorisé par un contrat avec le LMDN (Laboratoire de Métrologie et Dosimétrie de Neutrons) de l’IRSN (Institut de Radio-protection et Sureté Nucléaire) qui inclut aussi un prototype du détecteur MIMAC pour la métrologie neutron. En 2007, la collaboration MIMAC (LPSC, IRFU-Saclay, IRSN-Cadarache) dirigée par le LPSC, a bénéficié d’un financement sur projet ANR-Blanc pendant 3 ans afin de montrer la faisabilité du détecteur MIMAC. Le groupe a pu développer le premier module prototype bi-chambre, qui a été installé en juin 2012 au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM). En 2012, le CPPM-Marseille a rejoint la collaboration MIMAC. En juin 2013 des améliorations ont été introduites dans l’installation à Modane afin d’avoir une meilleure discrimination électron-recul et une synchronisation entre les deux chambres. Le détecteur prototype MIMAC a été utilisé pour mesurer la vitesse de dérive des électrons dans le mélange gazeux. Le groupe a également mis en place une méthode expérimentale originale alliée à une analyse statistique et une modélisation du signal électronique, qui a permis de mesurer avec précision le paramètre clef pour la détection directionnelle. La détection directionnelle nécessite le développement de méthodes d’analyse de données spécifiques. Les problématiques principales sont la reconstruction 3D des événements ainsi que la discrimination électrons/recul. Le groupe du LPSC a développé une méthode d’analyse de données directionnelle, basée sur une comparaison avec des données simulées, via un maximum de vraisemblance. Il a été ainsi montré que les performances attendues pour le détecteur MIMAC sont suffisantes pour le programme de physique envisagé. L’équipe MIMAC du LPSC s’est également impliquée sur la phénoménologie de la matière sombre, notamment dans le but de montrer l’intérêt de cette nouvelle stratégie de détection. Grâce à une analyse aveugle basée sur un maximum de vraisemblance, nous avons montré qu’il est possible d’obtenir une signature angulaire prouvant l’origine galactique des événements observés. Profitant des avancées instrumentales, on passe ainsi d'une stratégie de rejet du bruit de fond à une stratégie d'identification du signal WIMP. Ce projet de détection directionnelle de matière noire a donné lieu à 14 articles publiés dans des revues de rang A (avec comité de lecture) ainsi que 30 articles dans des actes de congrès. Perspectives La collaboration MIMAC propose de construire le détecteur à 1 m3, le démonstrateur de la grande TPC pour la détection directionnelle de matière sombre. Ce projet peut se réaliser en 4 ans à partir d’un financement de l’ordre de 500 keuros. Une demande de financement à l’ANR en 2013 a été classée en liste complémentaire Rayonnement et attractivité académique Les activités de recherche en Astroparticules et Cosmologie se font en grande majorité au sein de grandes collaborations internationales (Planck, Observatoire Pierre Auger, AMS, CREAM, LSST). Plusieurs chercheurs ont des responsabilités notables dans ces collaborations, que ce soit concernant le fonctionnement des systèmes que pour l’analyse des données (voir en annexe). Trois projets ont obtenu le soutien financier de l’ANR : GIGAS (recherche de signaux micro-ondes émis par les gerbes atmosphériques), MIMAC (directionnelle de matière sombre) et NIKA (camera bi-bande pour des observations dans le domaine millimétrique). Cinq chercheurs ont été ou sont membres de comité d’organisation de congrès internationaux ou d’écoles. Douze sont membres de comités éditoriaux, ou referees pour des journaux reconnus de la discipline. Enfin quatre (t.b.c) sont membres de comités de sélection, de conseils scientifiques, de conseils nationaux, impactant ainsi la politique scientifique nationale. La thématique attire de nombreux doctorants, pour certains de haut niveau comme le prouve l’octroi d’un prix de thèse décerné à un doctorant ayant participé à la recherche de matière noire. Vague A : campagne d’évaluation 2014-2015 Janvier 2014 7 Section des unités de recherche Interactions avec l’environnement social, économique et culturel Deux à trois chercheurs sont très impliqués dans la diffusion de la culture scientifique, et une quinzaine participent ponctuellement à des actions de communication. Outre des engagements dans des manifestations récurrentes comme la fête de la science, les initiatives pour diffuser la culture scientifique en milieu scolaire, de la primaire aux classes préparatoires, sont multiples, et prennent des formes différentes (participation à des festivals, encadrement de TIPE et TPE, participation au programme Cosmos à l’Ecole, conférences, Olympiades de physique). L’exposition réalisée au sein de l’IN2P3 pour célébrer en 2012 le centenaire de la découverte des rayons cosmiques a été installée dans différents lycées (autour de Grenoble, et à Belfort) et accompagnée de conférences. La liste de ces actions est donnée en annexe. Dans le cadre de Planck plusieurs actions ont été menées: site internet planck.fr (pages de contenu, animations interactives pédagogiques), mallette pédagogique (pour lycées, clubs d’astronomie, animations grand public), intégration d’un bolomètre au contenu de l’exposition (conception et construction du présentoir), diffusion des résultats de mars 2013 (contenu des pages web), co-écriture d’un film de 5 minutes de présentation de la mission, conception d’une image de l’univers vu par Planck en 3D, événements grand public (Grenoble, Echirolles, Vaulx-en-Velin, Dijon, Lyon). Vague A : campagne d’évaluation 2014-2015 Janvier 2014 8