Actualités IRFU

Imagerie des noyaux par collisions d'ions relativistes

Une nouvelle méthode permettant l’étude de la déformation des noyaux atomiques vient d’être mise au point en se basant sur le fait, récemment mis en lumière, que les expériences de collision nucléaire réalisées dans les collisionneurs à haute énergie, tels que le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC) du BNL ou le grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, sont sensibles à la forme des isotopes mis en jeu dans les dites collisions. Ainsi, une collaboration entre théoriciens des hautes et basses énergies, dont des chercheurs de l'Irfu, a démontré qu'il est possible d'obtenir des informations quantitatives sur les déformations nucléaires et a montré que l'isotope 129Xe présente une forme triaxiale, c'est-à-dire un sphéroïde à trois axes inégaux. Ce résultat représente la première preuve de triaxialité pour un état fondamental nucléaire obtenue dans des expériences à haute énergie. En outre, il ouvre la voie à de futures recherches passionnantes à l'interface de la physique nucléaire de basse et haute énergies.

ALICE au rendez-vous du RUN 3 du LHC

Après trois années d'interruption pendant LS2 (Long Shutdown 2), ALICE était au rendez-vous des premières collisions après une jouvence très importante débutée en 2012 de son électronique, de ses systèmes de lecture et d'acquisition ainsi que l'ajout de nouveaux détecteurs. L’Irfu est depuis longtemps fortement impliqué dans le spectromètre à muons vers l’avant d’ALICE, en particulier les chambres de trajectographie MCH (Muon Chambers), et maintenant également dans le nouveau trajectographe à pixel de silicium MFT (Muon Forward Tracker). Le MFT permettra d’élargir le domaine de physique à des canaux supplémentaires en apportant une meilleure résolution sur les traces et donc sur la masse des particules détectées ainsi que sur l’extrapolation des traces muon vers le point d’interaction.

Passé, présent et futur du magnétisme et de la rotation solaire

Le Soleil est une étoile magnétique, dont l’activité intense a un impact direct sur notre société moderne et technologique. Actuellement modulée par un cycle de 11 ans, en a-t-il toujours été ainsi, et cet état cyclique du magnétisme solaire perdurera-t-il au cours de son évolution? Il se trouve que le freinage des étoiles s'arrêterait au lieu de continuer à ralentir comme on s'y attendrait. Qu’est ce qui change dans une etoile pour expliquer l’arrêt de cette deccélération ? Afin de répondre à cette question clé concernant notre étoile, une équipe internationale, dont des chercheurs du DAp-AIM, a mené à bien trois études, basées sur des observations et des simulations numériques HPC magnéto-hydrodynamiques multidimensionnelles sur les supercalculateurs GENCI du TGCC et de l’Idris, sur l’origine du magnétisme et de la rotation du Soleil et des étoiles de type solaire (via le mécanisme physique dit de dynamo fluide) dans une approche « Soleil au cours du temps ». Ces études, après plus de 5 années de développement de codes et des millions d’heures de calculs, ont mis en évidence le rôle essentiel d’un paramètre, appelé le nombre de Rossby, pour caractériser non seulement les propriétés de rotation interne des étoiles mais surtout la nature de leur magnétisme sur les temps séculaires.

20 ans après …Analyse cosmologique d’amas de galaxies détectés par XMM-Newton

Pour la première fois depuis le lancement XMM (1999), une analyse cosmologique contraignant la densité de matière dans l'univers, à partir d’un catalogue de 178 amas de galaxies détectés par XMM, a été possible et de façon autonome, cad avec ses propres mesures de distance et sans faire appel à des informations supplémentaires tirées de simulations numériques ou d’autres échantillons d’amas. Cette analyse a été conduite dans le cadre du consortium XXL, principalement par Christian Garrel durant sa thèse au Département d’Astrophysique (voir article sur arXiv). Les résultats confirment le modèle cosmologique standard de manière totalement indépendante, avec une précision qui rivalise avec celle d’autres sondes couvrant des portions de ciel beaucoup plus étendues. La tension « cosmologique » existante entre les analyses cosmologiques des amas et du CMB PLANCK est donc levée et point n’est besoin de faire appel à des neutrinos massifs. Cette analyse cosmologique à partir d’amas a été possible grâce à une nouvelle méthode, ASpiX, développée au DAP permettant de modéliser proprement les amas distants sujets au paradoxe suivant : dans l’univers lointain, on ne détecte que les amas massifs, donc bleus, mais qui apparaissent rouges à cause de l’expansion de l’Univers. Mathématiquement, le logiciel analyse toutes les combinaisons possibles de l’effet de la cosmologie sur les propriétés des amas. L’analyse cosmologique exploitant toutes les obvervations du programme XXL continue et inclura au final environ 300 amas. La nouveauté est qu’elle combinera la méthode ASpiX à des techniques d’intelligence artificielle qui permettront d’identifier très rapidement le modele cosmologique qui rend le mieux compte des propriétés observées de la population d’amas.

Observer la création de la matière la plus chaude en laboratoire

Les collisions d'ions lourds aux vitesses ultra-relativistes des grands accélérateurs de particules permettent de créer un plasma de quarks et de gluons, surprenant état de la matière obéissant aux lois des fluides presque parfaits pour 10 fm/c = 3 10−23s (c'est à dire avec une petite viscosité). Bien que cet état de la matière soit l'objet d'intenses études expérimentales, l'étude de l'émergence de ce fluide dans les collisions d'ions lourds à partir des gluons pendant le premièr fm/c échappe à l'exploration directe aujourd'hui. Au sein de la collaboration Gluodynamics du Labex Physique des 2 Infinis et des Origines (P2IO), des chercheurs de l'Irfu, de l'IPhT et de l'Université de Bielefeld (Allemagne) ont mis en évidence des observables sensibles aux premiers instants (≈ fm/c) de ces collisions d'ions lourds. Les résultats théoriques indiquent que la création des dileptons porte de l'information sur l'émergence de l'hydrodynamique et la création des quarks dans le plasma Quark gluon (PQG). La collaboration a abouti à une première publication dans Physics Letters B [1] et une deuxième a été soumise à Nuclear Physics A [2].

4D-STAR : Faire évoluer la structure et l'évolution stellaires à des dimensions supérieures à l'ère de l'astérosismologie spatiale

Le Conseil Européen de la Recherche (ERC) vient de décerner une prestigieuse bourse Synergie à l’astrophysicien Stéphane Mathis du CEA/Irfu. Avec Conny Aerts (KU Leuven, Belgique, qui coordonne le projet), Michel Rieutord (Université de Toulouse), et Aaron Dotter (Dartmouth College, USA), ils reçoivent près de 10 millions d’euros pour 6 ans, pour leur projet 4D-STAR qui développera des modèles numériques tridimensionnels innovants d’étoiles magnétiques en rotation le long de leur évolution. Les bourses synergie de l’ERC récompensent des projets ambitieux ayant pour objectif de résoudre les problèmes de recherche les plus ardus au monde impliquant plusieurs disciplines scientifiques. Dans le cas du projet 4D-STAR, il s’agit de l’astronomie, de la physique théorique, de la mécanique des fluides, des mathématiques appliquées et du développement de codes numériques scientifiques à haute performance.

Une astrophysicienne de l'Irfu reçoit le prix 2022 Jeunes Talents L'Oréal-Unesco pour les Femmes et la Science

Pour la 16ème édition du Prix Jeunes Talents France, la Fondation L’Oréal a récompensé 35 brillantes jeunes chercheuses sélectionnées en France parmi 660 candidatures éligibles par un jury d’excellence composé de 28 chercheurs de l’Académie des sciences. Au département d'astrophysique de l'Irfu, Elsa Ducrot a reçu ce prix pour la physique. En septembre 2017 Elsa a démarré une thèse à l’Université de Liège sur la recherche de planètes potentiellement habitables en orbite autour d’étoiles ultra-froides. Elsa nous explique; "Ces étoiles sont actuellement les hôtes les plus favorables pour l’étude de planètes rocheuses situées dans la zone habitable de leur étoile et en transit (qui passent devant leur étoile du point de vue de l’observateur) avec des télescopes spatiaux tel que le James Webb Space Telescope. Le système exoplanètaire TRAPPIST-1 (découvert par l’université de Liège l’année de mon début de thèse !), composé de 7 planètes rocheuses, est une cible de choix." Au cours de sa thèse, Elsa a analysé de milliers d’heures d’observation du système TRAPPIST-1 depuis le sol et depuis l’espace, qui ont permis de déduire avec précision les rayons et masses des 7 planètes. Elle a pu aussi participer à la découverte de plusieurs nouvelles planètes autour d’étoiles ultra-froides.

Première mesure de la résonance pygmée par diffusion inélastique de neutrons au GANIL-SPIRAL2 NFS

La résonance dipolaire pygmée (PDR) est un mode vibration du noyau qui apparaît dans les noyaux riches en neutrons. Elle est décrite comme l’oscillation d’une peau de neutrons contre un cœur symétrique en nombre de protons et de neutrons (Figure 1). La PDR a été le sujet de nombreuses études à la fois expérimentales et théoriques. En effet, l’étude de la PDR a suscité et suscite toujours beaucoup d’intérêt puisqu’elle permet de contraindre l’énergie de symétrie, un ingrédient important de l’équation d’état de la matière nucléaire qui décrit la matière au sein des étoiles à neutrons. De plus, la PDR est prédite comme pouvant jouer un rôle clé dans le processus-r (processus qui pourrait expliquer la synthèse des noyaux lourds) via l’augmentation du taux de capture neutronique. Cependant, malgré de nombreuses expériences dédiées à l’étude de la PDR, utilisant des faisceaux de particules chargées ou de gammas, une description cohérente n’a pas pu être extraite. Ainsi, de nouvelles approches expérimentales sont nécessaires pour mieux caractériser ce mode de vibration du noyau.

LINAC SPIRAL2 : un premier faisceau d’oxygène accéléré à 7 MeV/u

Le LINAC SPIRAL2 a produit avec succès le 16 septembre dernier son premier faisceau d’oxygène. Après les protons fin 2019 et les deutons en 2021, l’accélérateur linéaire du GANIL fait ainsi ses premiers pas dans l’accélération d’ions lourds produits par la source PHOENIX_V3. Un développement essentiel pour le programme scientifique à venir auprès du spectromètre S3 actuellement en cours d’installation.

Comment mesurer les champs magnétiques au sein des systèmes binaires émetteurs d’ondes gravitationnelles ?

La mission spatiale LISA (Laser Interferometer Space Antenna), menée conjointement par l’Esa et la Nasa, permettra d’observer les ondes gravitationnelles depuis l’espace. Après son lancement prévu aux alentours de 2035, LISA observera dans le domaine des basses fréquences du spectre gravitationnel encore non exploré et capturera ainsi le signal gravitationnel en provenance de sources qui, à l’heure actuelle, ne sont pas résolues dans la gamme des hautes fréquences des détecteurs au sol tels que Virgo, LIGO, KAGRA, ou encore GEO600. LISA tire ainsi partie de la longueur de sa base de 2.5 millions de kilomètres à comparer par exemple à la base de 4 kilomètres de Virgo. Parmi ces nouvelles sources d’ondes gravitationnelles, les plus représentées seront les binaires galactiques, dont le nombre de détections devrait s’élever à plusieurs dizaines de milliers. Les binaires galactiques sont des systèmes doubles composés d’étoiles à neutrons ou de naines blanches dans différentes combinaisons. Dans la gamme des basses fréquences observées par LISA, les binaires galactiques seront détectées pendant la phase spiralante, soit plusieurs milliers d’années avant la fusion qui sera captée par les détecteurs au sol. Cette phase spiralante permet de caractériser les signatures des effets de la structure et de la dynamique internes des composantes des binaires galactiques sur la forme des ondes gravitationnelles peuvent potentiellement être détectables sur la durée nominale de la mission. LISA permettra donc de comprendre l’état de la matière au sein des objets compacts composant les systèmes binaires galactiques, leur déformabilité ou encore leur magnétisme, au travers de l’évolution séculaire de ces systèmes. Dans une étude tout juste publiée dans la revue Physical Review D (DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.124042), une équipe constituée des membres du SYRTE à l’Observatoire de Paris et du LDE3 du DAp/Irfu au CEA, a démontré que l’effet du magnétisme au sein d’un système binaire galactique pourrait être mesuré par LISA.

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