Le département Ganil a pour but de contribuer au développement et à l’exploitation de la très grande infrastructure de recherche « Grand Accélérateur National d’Ions Lourds » située à Caen ainsi qu’aux expériences et recherches qui y sont menées. Le département est en particulier associé à la conception, à la réalisation et à l’analyse des expériences qui utilisent les faisceaux d’ions lourds dans le domaine de la physique nucléaire ou des recherches pluridisciplinaires. Il participe également aux études théoriques sur ces domaines. L’articulation étroite entre les différents thèmes de recherche conduit les chercheurs de l’Irfu à mener de front différents travaux théoriques et à réaliser des expériences dont la complémentarité permet de faire progresser la compréhension de l’organisation de la matière à l’échelle de l’infiniment petit comme de l’infiniment grand.
Le département est enfin en charge de proposer les évolutions de l’accélérateur et des aires expérimentales comme S3, le super séparateur spectromètre, où l’Irfu est impliqué dans le dispositif de détection ou Actar en vue des expériences futures. Le centre Ganil à Caen étant un GIE, les recherches menées par le CEA font partie d’une volonté européenne de recherche sur la physique nucléaire. Ouvert aux chercheurs du monde entier et à l’industrie, les plateformes de recherche où l’Irfu est présent sont présents au cœur d’un des 5 laboratoires le plus grand au monde, dédié à l’étude des faisceaux d’ions lourds.
Accès au site internet du Ganil : https://www.ganil-spiral2.eu/
Le cœur des activités du DPhP est la compréhension du contenu en énergie et de la dynamique de l’Univers au niveau fondamental, en se dotant des moyens expérimentaux adaptés, en synergie avec les autres départements de l’Irfu, et de concert avec la stratégie scientifique internationale.
En physique des particules, le socle théorique établi est le Modèle Standard de la Physique des particules (MS). Extrêmement robuste et prédictif, il laisse cependant de nombreuses questions ouvertes passionnantes dont s’empare le département selon trois angles d’attaque :
- Tester la cohérence interne du MS par des mesures de précision auprès du LHC (ATLAS et CMS), et dans le futur auprès du HL-LHC, puis du collisionneur qui prendra le relai (FCC, ILC ou à muons) ;
- Tester les symétries fondamentales du MS en étudiant les neutrinos dans des expériences d’oscillation à longue (T2K, HyperKamiokande ou DUNE) ou courte (Double Chooz) ligne de base, ou avec les désintégrations beta (KATRIN) ou double beta sans émission de neutrino (CUPID, BINGO), ou avec la diffusion cohérente de neutrinos sur noyaux (NUCLEUS), ou encore en étudiant la chute de l’antimatière (GBAR) ;
- Combler les lacunes du MS en sondant l’Univers avec les différents messagers à notre disposition et étudier l’énergie noire (DESI), la matière noire (H.E.S.S., CTA), les ondes gravitationnelles (LISA), les neutrinos cosmiques (ANTARES), ou les hypothétiques axions (GLEAD).
Pour ce faire, le DPhP prend part au développement de détecteurs au sein des projets, mais aussi dans des programmes de R&D plus prospectifs, par exemple en calorimétrie 5D (BoldPET, ClearMind) ou en tomographie muonique (ScanPyramids) qui ont des applications sociétales directes.
Le département de physique nucléaire conduit des activités expérimentales, en participant à des expériences auprès des accélérateurs de particules tels Alice au LHC, et des activités théoriques de recherche fondamentale centrées sur l’étude de la matière au niveau des noyaux et ses composants. Deux échelles sont étudiées au DPhN. La première se situe au niveau des quarks ou des gluons où des expériences telles Compass au Cern on put enrichir le débat sur l’asymétrie des réactions quantiques. La seconde concerne l’assemblage de nucléons (proton ou neutron) en atomes. Ainsi, des études sur les noyaux exotiques, c’est-à-dire des noyaux instables aux structures inhabituelles sont menées auprès de Spiral2. L’objectif premier du DPhN est l’approfondissement de nos connaissances sur ces systèmes et sur leurs réactions. Un autre domaine d’étude concerne les neutrinos, particule élémentaire gardant encore quelques mystères, dont les caractéristiques sont essentielles pour la compréhension de l’évolution de notre monde.
Pour répondre à ces grandes questions, le DPhN contribue à la conception et à l’exploitation des modèles théoriques comme la théorie de la chromodynamique quantique, des codes de calcul et des instruments qui permettent de mener à bien ces recherches. Les technologies nécessaires à la bonne conduire de ces programmes de recherche sont des défis technologiques importants. En effet, les réactions nucléaires sont particulièrement rapides (la désexcitation d’un atome se produit en environ une picoseconde) et sensibles.
Le Département d’électronique des détecteurs et d’informatique pour la physique a pour principale vocation d’inventer et de construire les instruments de détection du futur, ambitieux et innovants, indispensables aux progrès de la physique étudiée à l’Irfu. Ceci implique à la fois un positionnement sur de grands projets, tels que les NECTARCAM pour CTA avec le développement de puces capturant et enregistrant les signaux ultrarapides de détecteurs ou encore le développement de détecteurs CMOS pour le collisionneur LHC, de caméra Caliste pour le satellite Solar Orbiter mais aussi du développement de logiciel embarqué à bord du satellite SVOM.
Cette instrumentation à la pointe de la technologie n’est pas possible sans une forte implication en R&D notamment dans les domaines des détecteurs gazeux et de la microélectronique, les domaines d’excellence du DEDIP. Disposant d’infrastructures technologiques telles des chambres blanches pour l’intégration des instruments, des chambres noires pour la caractérisation de détecteur ultrarapide ou encore l’atelier micromegas pour leur fabrication. Grâce à cette complémentarité de profils mécanique, informatique et électronique, le DEDIP peut concevoir de façon autonome des systèmes de détections complets allant des capteurs jusqu’à la visualisation de données.
Le Département d’Ingénierie des Systèmes (DIS) a pour mission d’être au service des autres Départements de l’IRFU dans les domaines de l’ingénierie mécanique et des développements instrumentaux. Le DIS est amené à exercer ses compétences dans tous les domaines de finalité de l’IRFU, en support aux projets nécessitant la conception d’équipements de recherche. Il intervient depuis les études de faisabilité et la phase amont jusqu’au suivi d’industrialisation et au déploiement de ces équipements.
Accès au site internet du DIS : http://irfu.cea.fr/dis/index.php
Le département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme a pour mission de développer et réaliser des accélérateurs de particules, des sources d’ions, des cavités accélératrices, des systèmes cryogéniques et des aimants supraconducteurs destinés aux programmes scientifiques de l’Irfu. Pour cela, le DACM possède des moyens d’assemblage, d’intégration et d’essais importants, allant de halls de bobinage et d’assemblage d’aimants, en passant par de grandes salles blanches pour les systèmes accélérateurs et des petites stations d’essais pour caractériser les matériaux, jusqu'à des stations de très grande taille capables de tester des ensembles complets.
Grâce à ses compétences de pointe, le DACM assure la maîtrise d’œuvre d’accélérateurs ou de parties d’accélérateurs tels Iphi, la conception et la maîtrise d’œuvre des aimants d’accélérateurs et des aimants intégrés à des dispositifs de détection ainsi que des dispositifs cryogéniques associés. Fort de ses compétences, le DACM applique ses technologies à d’autres champs de recherche comme l’énergie avec le tokamak JT-60SA ou les sciences de la vie avec l’aimant du projet Iseult.
Le DACM, afin d’assurer la conduite de projets de grande envergure, se doit de développer les moyens d’essais correspondants. Ainsi, il mène aussi un programme de R&D fort qui prépare l’avenir des technologies pour offrir les instruments nécessaires aux progrès de la recherche fondamentale et appliquée. Il conçoit et développe aussi les plates-formes et les stations d’essais ainsi que la production des fluides cryogéniques utilisé à l’Irfu.
Accès au site internet du DACM : http://irfu.cea.fr/dacm/index.php
