Communiqué du CNRS Nucléaire et Particules du 24 octobre 2024

Percer le mystère de la matière noire tout en résolvant un problème tenace de la physique des particules : c’est le défi ambitieux que la collaboration internationale MADMAX relève en se lançant dans la quête de l’axion, une particule hypothétique prédite pour pallier des lacunes du Modèle Standard. Après plusieurs années de développement et de tests d’un haloscope diélectrique réglable totalement inédit, la collaboration, à laquelle contribuent le CPPM et IJCLab, enregistre une première victoire de taille : installé au CERN, leur prototype a démontré pour la première fois sa capacité à amplifier les ondes électromagnétiques émises par les axions dans un champ magnétique et a permis de placer les meilleures limites mondiales pour des axions autour de 80 μeV. Une prouesse qui ouvre un nouveau chapitre dans la chasse à l’axion.

Plus d’informations :

https://www.in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/madmax-un-concept-novateur-de-detection-des-axions-fait-ses-preuves

Contacts au CPPM :

• Fabrice Hubaut, chercheur CNRS et responsable de l’équipe Matière Noire

• Pascal Pralavorio, chercheur CNRS et responsable du groupe DarkSide

Une nouvelle étude a permis de cartographier les bassins d'attraction gravitationnelle dans l'Univers local, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur les structures cosmiques à grande échelle qui déterminent le mouvement des galaxies. L'étude a été publiée dans Nature Astronomy. À l'aide de données avancées provenant de la compilation Cosmicflows-4 des distances et des vitesses de quelque 56 000 galaxies, l'équipe de recherche internationale a appliqué des algorithmes de pointe pour identifier les régions où la gravité domine, telles que le Grand Mur de Sloan et le Superamas de Shapley. Cette recherche suggère que notre Voie lactée se trouve très probablement dans le grand bassin de Shapley, ce qui modifie notre compréhension des flux cosmiques et du rôle des structures massives dans l'évolution de l'univers. Une équipe de chercheurs internationaux a effectué un grand pas en avant dans la compréhension de la vaste structure de l'Univers, en identifiant des régions gravitationnelles clés connues sous le nom de bassins d'attraction. La recherche, menée par le docteur Aurélien Valade au cours de son doctorat, a été supervisée par le professeur Yehuda Hoffman de l'université hébraïque et le professeur Noam Libeskind de l'AIP de Potsdam. Ces travaux ont également bénéficié de contributions du docteur Daniel Pomarède de l'université de Paris-Saclay, du docteur Simon Pfeifer de l'AIP Potsdam, du professeur Brent R. Tully et du docteur Ehsan Kourkchi de l'université d'Hawaï.

Comprendre la structure de l'Univers

L'étude se fonde sur le modèle standard de cosmologie Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), largement accepté, qui suggère que la structure à grande échelle de l'univers est née de fluctuations quantiques au cours des premiers stades de l'inflation cosmique. Ces minuscules fluctuations de densité ont évolué au fil du temps, formant les galaxies et les amas que nous observons aujourd'hui. Au fur et à mesure que ces perturbations de densité s'amplifiaient, elles attiraient la matière environnante, créant des régions où se formaient des minima de potentiel gravitationnel, ou « bassins d'attraction ».

En utilisant les dernières données de la compilation Cosmicflows-4 (CF4), l'équipe a pu reconstruire la structure à grande échelle de l'Univers jusqu'à une distance correspondant à environ un milliard d'années-lumière grâce à la méthode Monte Carlo. Cette méthode a permis aux chercheurs de fournir une évaluation probabiliste des domaines gravitationnels de l'Univers, en identifiant les bassins d'attraction les plus importants qui régissent le mouvement des galaxies.

Bassins d'attraction de Laniakea et de Shapley

Des catalogues antérieurs avaient suggéré que la Voie Lactée faisait partie d'une région appelée Superamas de Laniakea. Cependant, les nouvelles données de CF4 offrent une perspective légèrement différente, indiquant que Laniakea pourrait faire partie du bassin d'attraction de Shapley, beaucoup plus vaste, qui englobe un volume encore plus grand de l'Univers local. Parmi les régions nouvellement identifiées, le Grand Mur de Sloan se distingue comme le plus grand bassin d'attraction, avec un volume d'environ un demi-milliard d'années-lumière cubes, soit plus de deux fois la taille du bassin de Shapley. Ces résultats donnent un aperçu sans précédent du paysage gravitationnel de l'Univers local et permettent de mieux comprendre comment les galaxies et les structures cosmiques évoluent et interagissent au fil du temps.

Un bond en avant dans la recherche cosmologique

Ces recherches permettent de mieux comprendre la dynamique gravitationnelle complexe de l'Univers et les forces qui ont façonné sa structure. L'identification de ces bassins d'attraction constitue une avancée significative dans le domaine de la cosmologie et de la cosmographie, qui pourrait modifier notre compréhension des flux cosmiques et des structures à grande échelle. Cette recherche est importante car elle permet d'approfondir notre compréhension de la structure à grande échelle de l'Univers et des forces gravitationnelles qui la façonnent. En cartographiant les bassins d'attraction, c'est-à-dire les régions où la gravité attire les galaxies et la matière, l'étude révèle comment les structures cosmiques massives influencent le mouvement et la formation des galaxies au fil du temps. La compréhension de cette dynamique nous permet non seulement de mieux appréhender le passé de l'Univers et son évolution actuelle, mais aussi d'obtenir des informations précieuses sur des questions cosmologiques fondamentales, telles que la distribution de la matière noire et les forces à l'origine de l'expansion cosmique. Ces connaissances pourraient permettre d'affiner les modèles cosmologiques et d'orienter les futures recherches astronomiques.

Plus d'informations :

• La référence de l'article paru dans Nature Astronomy : https://www.nature.com/articles/s41550-024-02370-0

• Contact : Aurélien Valade, post-doctorant au CPPM

Communiqué du CNRS Nucléaire et Particules du 1er octobre 2024

Les 16 et 17 septembre s'est tenue à Paris la réunion de lancement du Astrophysics Centre for Multimessenger studies in Europe - ACME. Ce projet HORIZON-INFRA-2023-SERV-01 financé par l'Union Eurpéenne et coordonné par le Centre national de la recherche scientifique, CNRS, vise à réaliser une ambitieuse optimisation coordonnée à l'échelle européenne de l'accessibilité et de la cohésion entre plusieurs infrastructures de recherche de pointe en matière d'astroparticules et d'astronomie, offrant un accès aux instruments, aux données et à l’expertise, axés sur la nouvelle science de l'astrophysique multi-messagers.

Plus d’informations :

https://www.in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/lancement-dacme-un-projet-construit-par-et-pour-les-communautes-des-astroparticules-et-de

Contacts au CPPM :

• Vincent Bertin, chercheur CNRS et responsable de l’équipe Neutrinos

• Damien Dornic, chercheur CNRS et coordinateur d’un groupe de travail pour le projet ACME

La collaboration NA62 a présenté lors d'un séminaire au CERN la première observation expérimentale de la désintégration ultra rare du kaon chargé en un pion chargé et deux neutrinos (c'est-à-dire K+→π+νν) avec une signification de 5 sigma (5σ), mesurant son rapport de branchement avec une précision relative de 25%. Cette désintégration est l'un des processus les plus rares jamais observés en physique des saveurs, puisque le MS de la physique des particules prévoit que moins d'un kaon chargé sur 10 milliards se désintégrera de cette manière. Les contributions du MS à ce processus étant très réduites, celles provenant d’une hypothétique nouvelle physique (qui impliquerait de nouvelles particules) pourraient le modifier fortement induisant des écarts significatifs par rapport aux prédictions du MS. Ainsi, ce processus est parmi les plus intéressants pour explorer la physique au-delà du MS.

La nouvelle mesure du rapport de branchement de la désintégration K+→π+νν (la fraction de K+ qui se désintègre de cette manière) est de B=13.0 +3.3 -2.9 × 10-11. Il s'agit de la mesure la plus précise de ce processus à ce jour. Elle est compatible avec les prédictions du modèle standard, mais est environ 50 % plus élevée. Cela pourrait s'expliquer par la présence de nouvelles particules. NA62 devrait être en mesure de confirmer ou d'exclure cette hypothèse au cours des prochaines années.

Les membres de l'équipe NA62 du CPPM ont joué un rôle majeur dans le succès de cette expérience notamment en assumant des rôles clés dans la construction, la maintenance et l'exploitation du GigaTracker. Ce détecteur est la clé de voûte de la technique dite de ‘désintégration en vol’ qui a permis à NA62 d’améliorer les résultats des expériences précédentes. Le GigaTracker est un trajectographe en Silicium installé directement dans le faisceau de l’expérience. Il est capable de reconstruire les trajectoires d’un milliard de particules par seconde grâce à ses pixels qui offrent une précision record (<150 ps) sur le temps de passage des particules. Les technologies développées pour ce détecteur sont extrêmement innovantes et sont maintenant utilisées pour la jouvence des expériences au LHC.

Plus d’informations : Communiqué de presse du CERN : https://home.cern/fr/news/press-release/physics/na62-experiment-cern-observes-ultra-rare-particle-decay

Contacts : Mathieu Perrin-Terrin, chargé de recherche CNRS au CPPM

Comme chaque année, le personnel scientifique et technique du CPPM souhaite rencontrer le public à la Fête de la Science. Du 4 au 14 octobre 2024, cette manifestation nationale de culture scientifique fédérera sous pavillon « un océan de savoirs », des milliers d'événements gratuits ouverts à tous, y compris aux écoliers, collégiens et lycéens.

Programme des événements en présentiel : https://www.fetedelascience.fr/

Le CPPM sera présent en divers lieux :

--> Village des sciences de la Seyne-sur-Mer : du 4 au 6 octobre : vendredi 4 (scolaires), samedi 8 et dimanche 9 octobre (familles),

*** Programme du Village des sciences : https://www.fetedelascience.fr/village-des-sciences-la-seyne-sur-mer-2024

*** Stand CPPM : https://www.fetedelascience.fr/le-cppm-au-coeur-de-la-matiere-et-de-l-univers

--> Festival des Sciences de Marseille : du 11 au 13 octobre : village sur l’esplanade de la Mairie et dans l’enceinte de l'hôtel de ville, les vendredi 11 (scolaires), samedi 12 et dimanche 13 octobre (familles).

*** Programme du village : https://www.fetedelascience.fr/festival-des-sciences-de-marseille-2024

*** Stand CPPM au Pavillon Puget : https://www.fetedelascience.fr/le-cppm-et-la-physique-des-deux-infinis-2

--> Conférence grand public dans le cadre du cycle de conférences "Mystères au cœur de l'Univers et de la matière"

Samedi 12 octobre à 10 heures avec "SVOM, mission spatiale franco-chinoise pour étudier des phénomènes cataclysmiques de l’Univers" par Damien Dornic du CPPM (CNRS – AMU), https://indico.in2p3.fr/event/33178/

Le télescope terrestre COLIBRI dévoile ses premières images à l’occasion de son inauguration qui s’est déroulée le 7 septembre à l’Observatoire astronomique national de San Pedro Mártir, au Mexique. Conçu dans le cadre de la mission spatiale SVOM, sa rapidité unique au monde permettra d’observer les sursauts gamma, mais aussi d’autres évènements astronomiques extrêmement furtifs. Supervisé par des scientifiques du CNRS, ce projet est le fruit d’une étroite collaboration franco-mexicaine via le soutien du CNRS, du CNES, d’Aix-Marseille Université, de l’université nationale autonome du Mexique (UNAM) et du Conseil national de la science et de la technologie mexicain.

En savoir plus : https://www.cnrs.fr/fr/presse/premiere-lumiere-de-colibri-telescope-terrestre-la-rapidite-inegalee

Plus d’informations sur les activités de l’équipe Astroparticules Neutrinos : https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/astroparticules/#Neutrinos

Après plus de dix ans de développement, SVOM, la mission franco-chinoise va être lancée le 22 juin depuis la base de lancement de Xichang en Chine. Cette étape ouvrira une nouvelle page sur l’étude des phénomènes cataclysmiques de l’Univers.

La mission SVOM - Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor - est une mission franco-chinoise consacrée à l’étude des plus lointaines explosions d’étoiles, les sursauts gamma. « Ces sources sont des bouffées de rayonnement gamma très brèves et intenses produites par des phénomènes parmi les plus extrêmes de l’Univers. Elles sont associées à la mort des étoiles les plus massives ou à la fusion d'objets stellaires compacts (étoile à neutrons ou trou noir). L'énergie rayonnée en quelques secondes par un sursaut gamma est équivalent à l’énergie produite par le Soleil durant sa durée de vie » explique Damien Dornic, chercheur au Centre de Physique des Particules de Marseille , sur les projets SVOM et COLIBRI. En raison de ces luminosités extrêmes, les sursauts gamma peuvent être utilisés pour sonder les régions de l'Univers les plus hostiles et les plus éloignées du point de vue de l'observation.

Après plus de dix ans d’intense développement, la mission doit être lancée le 22 juin 2024 par la fusée chinoise Longue Marche 2C depuis la base de lancement de Xichang en Chine. SVOM comprend un satellite en orbite basse, placé à une altitude de 650 km. A cette altitude, le satellite effectue le tour de la Terre en un peu plus de 95 minutes, soit 15 révolutions par jour. Des membres de la collaboration se déplaceront en Chine pour suivre le lancement et préparer la phase de commissioning de 3 mois et les premières opérations.

Cette mission est le fruit d’une collaboration fructueuse des deux agences spatiales, chinoise (CNSA ) et française (CNES ) avec des contributions d’une dizaine de laboratoires en France, dont le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille , l’Observatoire de Haute Provence et le CPPM1. Cette mission comporte un ensemble d’instruments au sol et dans l’espace qui observent en synergie pour détecter, localiser et caractériser dans de multiples longueurs d’ondes, du gamma jusqu’au visible, en passant par les rayons X, ces explosions cosmiques.

L’instrument ECLAIRs permet de détecter et localiser les sursauts gamma dans le ciel, les GRM , complétant la mesure de la réponse spectrale à haute énergie. Une fois un sursaut détecté, le satellite va aligner, en direction de ce sursaut, les deux instruments à petit champ de vue, MXT et VT , dans la gamme des rayons X et en visible, ayant une meilleure sensibilité. En parallèle, les observations depuis l’espace seront complétées par celles de plusieurs télescopes robotiques au sol : GWAC et C-GFT en Chine, et COLIBRI au Mexique.

Le LAM, l’OHP et le CPPM sont fortement impliqués dans le développement du segment sol de la mission (base de données de la mission, outils de shift, lien avec les télescopes au sol…). Ces laboratoires jouent aussi un rôle clef dans la construction de l’observatoire astronomique COLIBRI, en collaboration avec des scientifiques de l’Université Nationale Autonome du Mexique (UNAM).

COLIBRI accueille un télescope robotique d’une grande rapidité. « Il est capable de pointer vers n’importe quelle direction dans le ciel en une vingtaine de secondes, trouver rapidement la contrepartie des sursauts gamma détectés par ECLAIRs et de la caractériser (courbe de lumière et estimation de la distance). Cette rapidité d’exécution et d’analyse est fondamentale pour le succès de la mission et fait de COLIBRI un télescope aux capacités absolument uniques au sein de l’astronomie mondiale » explique Stéphane Basa, co-responsable scientifique de la mission SVOM et responsable scientifique du projet COLIBRI. Le télescope est en cours d’installation à l’Observatoire National du Mexique à San Pedro Martyr et sera inauguré cet été. Il est équipé de deux instruments : DDRAGO (deux voies simultanées en visible) et CAGIRE (une voie en proche infra-rouge).

Ce projet a été fortement financé et soutenu par la fondation A*Midex d’Aix-Marseille Université à travers le Labex OCEVU puis l’Institut de Physique de l’Univers. Pour assurer une exploitation scientifique partagé et collaborative de COLIBRI, le projet a également mis en place le Laboratoire International Associé (LIA) ERIDANUS soutenu par le CNRS, le CONAHCyT et l’UNAM (démarré en 2019), programme qui a été ensuite renouvelé en 2022 par le CNRS et l’UNAM sous la forme d’un International Research Project (IRP). Depuis 2019, les équipes se réunissent de façon alternée entre la France et le Mexique, ceci afin de renforcer les liens humains, tout en préparant l’exploitation scientifique de COLIBRI.

SVOM et COLIBRI permettront ainsi d’écrire une nouvelle page dans la compréhension du phénomène des sursauts gamma, tout en permettant leur utilisation pour comprendre « l'enfance » de l'Univers. Ils prendront également une place importante dans l’astronomie multi-messager, en complétant parfaitement le télescope à neutrinos KM3NeT ainsi que les détecteurs d’ondes gravitationnelles.

Plus d’informations :

• SVOM : https://www.svom.eu/

• COLIBRI : https://www.colibri-obs.org/

• KM3NeT : https://www.km3net.org

Contacts :

• Stéphane Basa, directeur de recherche CNRS au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille et à l’Observatoire de Haute Provence (OSU Pythéas / Aix-Marseille Université – CNES – CNRS)

• Damien Dornic, chargé de recherche CNRS au Centre de Physique des Particules de Marseille (Aix-Marseille Université – CNRS)

Actualité scientifique CNRS – 23 mai 2024

Euclid est une mission européenne, construite et opérée par l'ESA, avec des contributions de la NASA. La production et l'exploitation des résultats produits par le télescope sont pilotées par un consortium international, incluant des scientifiques du CNRS Terre & Univers et CNRS Nucléaire & Particules. Cette collaboration réunit plus de 2000 scientifiques, répartis dans 300 laboratoires et instituts et 18 pays différents. L'Institut d'Astrophysique de Paris (IAP), comptant parmi les Observatoires des Sciences de l'Univers (OSU) de l'INSU, assume le rôle de responsable scientifique de la mission ainsi que la gestion du Consortium Euclid. Moins d'un an après son lancement, le télescope spatial livre aujourd'hui cinq nouvelles images qui accompagnent les premiers articles scientifiques à paraître exploitant cette première série de données.

Lire l’intégralité du résultat scientifique

https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/la-mission-euclid-livre-de-nouvelles-images-pour-accompagner-ses-premiers-resultats

Contact CPPM : William Gillard, responsable de l’équipe Cosmologie

Stéphanie Escoffier, responsable scientifique Euclid-France

Plus d’informations sur les activités de l’équipe Cosmologie au CPPM : https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/cosmologie/

Une campagne de cinq semaines de tests a été effectuée sur deux prototypes de l’expérience MADMAX en février et mars 2024 dans l’aimant Morpurgo du CERN. Ces prototypes sont constitués de 3 disques fixes de saphir de 10 ou 20 cm de diamètre. Les données ont été prises à la température ambiante pour le premier, avec plusieurs configurations des disques, et à la température de l’hélium liquide pour le second, permettant d’améliorer grandement le rapport signal sur bruit. La photo (© 2024 CERN) montre le cryostat (au centre de l’aimant), qui contient un prototype de MADMAX et permet de faire des mesures à la température de l’hélium liquide grâce à la connexion avec la cuve placée devant l’aimant.

L'équipe Matière Noire du CPPM (avec Pascal Pralavorio en coordinateur local) est responsable de ces tests pour la collaboration MADMAX, qui s’est réunie au CERN entre le 13 et le 15 mars 2024 pour discuter des premiers résultats. Le succès de cette campagne de tests marque un jalon fondateur pour l’expérience. Les données accumulées permettront d’explorer pour la première fois trois domaines en masse autour de 80 micro-eV pour des candidats à la matière noire appelés « Axion-like particles », ce qui devrait donner lieu à plusieurs publications dans le courant de l’année 2024. La prochaine étape, pour laquelle le CPPM joue un rôle de premier plan, consiste à construire et tester un prototype avec des disques pouvant être déplacés avec une précision au micron.

Publication dans le bulletin du CERN "MADMAX aux avant-postes pour la recherche d'axions" : https://home.cern/fr/news/news/experiments/madmax-forefront-search-axions

Photos prises lors de la campagne de tests : https://cds.cern.ch/record/2892693

Contact : Fabrice Hubaut, responsable de l'équipe Matière Noire au CPPM

Alice Pisani, directrice de recherche CNRS au CPPM, a obtenu un financement ERC Horizon Europe (ERC StG 101078174) pour un projet intitulé COSMOBEST (COSMOlogy BEyond Standard Techniques) qui s’inscrit dans l’étude du cosmos au-delà des techniques standards : un programme visant à exploiter les vides cosmiques pour une cosmologie de précision.

Lire l’interview d’Alice Pisani, réalisé par l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) du CNRS : « Alice Pisani : le projet COSMOBEST démarre au moment où la recherche sur les vides cosmiques atteint un véritable âge d’or » https://www.in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/alice-pisani-le-projet-cosmobest-demarre-au-moment-ou-la-recherche-sur-les-vides-cosmiques

Contact : Alice Pisani, directrice de recherche CNRS au CPPM, au sein de l’équipe Renoir

Plus d'informations sur les activités de l'équipe Renoir : https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/cosmologie/#Renoir

Au cours de la cérémonie de la soirée académique, Eric Berton, président d'Aix-Marseille Université, a remis la médaille collective de l’Université à Cristinel Diaconu, directeur du CPPM, le 15 décembre 2023.

"Oui la connaissance n’a de sens que si elle est partagée, avec passion et vous incarnez collectivement depuis 40 ans cette envie de transmettre, d’explorer et d’avancer.

Elle signifie surtout une chose : la reconnaissance et la gratitude de notre communauté éducative pour l’excellence que vous incarnez, pour la continuité de vos actions, pour le rayonnement de notre université auquel vous contribuez. Cher Cristinel, veuillez accepter, pour toute l’équipe du CPPM cette médaille de l’Université, signe de notre gratitude et de notre admiration." Extrait du discours de Eric Berton, président d'Aix-Marseille Université

Contact : Cristinel Diaconu, directeur du CPPM