Valorisation : le LabCom P2R « Les sujets de R&D que nous apportent les industriels nous poussent souvent dans nos retranchements »

Cédric Cerna est chercheur en physique des particules au LP2I Bordeaux, où il coordonne la contribution technique de l’IN2P3 à l’expérience DUNE. En parallèle, il dirige le LabCom P2R, structure par laquelle le laboratoire et l’entreprise Carmelec mettent en commun leurs ressources et partagent leur expertise pour développer des instruments de radioprotection et de contrôle non destructif en milieu industriel nucléaire. Cédric nous en dit plus sur ce dispositif promu et financé par l’ANR et qui fait ses preuves au LP2I Bordeaux depuis plus de dix ans. 

En quoi consiste le LabCom P2R ?

La réponse tient dans cette série d’acronymes : « LabCom » pour « laboratoire commun », soit un laboratoire mettant en commun les ressources d’une entreprise privée et d’un institut CNRS. Le LabCom P2R est donc une structure administrative unissant le LP2I Bordeaux à Carmelec, une PME perpignanaise spécialisée dans la radioprotection pour le secteur nucléaire. Elle est physiquement matérialisée par la mise à disposition d’un espace dédié au sein de nos locaux de Bordeaux. Et il a pour objet la physique des particules pour la radioprotection, dont nous avons tiré l’acronyme « P2R ». Autrement dit, nous menons à bien des projets de R&D répondant à des problématiques de radioprotection et de contrôle non destructif en exploitant les synergies et complémentarités entre le monde de l’entreprise et celui du laboratoire. Depuis 2012, ce lien particulier que nous cultivons avec Carmelec a été à l’origine de plusieurs innovations techniques au service de l’industrie du nucléaire civil comme de la physique des particules.

La France s’engage dans la construction de l’expérience internationale de neutrinos DUNE

La France s’engage dans la construction de l’expérience internationale de neutrinos DUNE

Le 17 novembre 2023, l’IN2P3 a signé avec les organismes et agences de financement de cinq autres pays et le CERN un accord avec le laboratoire Fermilab pour la construction de détecteurs de particules dans le cadre de l’expérience de physique des neutrinos DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Prévue pour démarrer en 2029, l’expérience DUNE fera franchir un nouveau cap à l’étude des neutrinos et pourrait notamment expliquer pourquoi notre Univers est dominé par la matière plutôt que par l’antimatière.

Prototype pour le détecteur DUNE Image : CERN

Prototype pour le détecteur DUNE Image : CERN

L’expérience DUNE rassemble plus de 1400 scientifiques de plus de 200 institutions de recherche. Elle s’appuie sur un accélérateur de particules (PIP II) de 215 mètres de long, qui servira à produire un faisceau de neutrinos d’une intensité inégalée, dirigé depuis le complexe de Fermilab près de Chicago vers plusieurs détecteurs. Le détecteur proche est situé à Fermilab et les gigantesques détecteurs lointains souterrains sont eux situés 1300 kilomètres plus loin au Sanford Underground Research Laboratory (SURF) dans le Dakota du Sud.

Contact LP2i Bordeaux : Groupe Neutrino

Microfaisceau d’ions : ils créent des champs électriques dans les liquides

Microfaisceau d’ions : ils créent des champs électriques dans les liquides

Des scientifiques du LP2IB/IN2P3, LOMA/INP et ICMCB/INC de l’université de Bordeaux, ont découvert que des champs électriques apparaissent dans de l’eau liquide soumise à une source de rayonnement intense. Ces champs électriques sont créés à des distances au moins 10 fois supérieures à la taille d’un faisceau de 5 µm de diamètre. Ce processus inattendu pourrait avoir des implications notamment en imagerie à haute résolution ou pour le piégeage de molécules chargées comme les colloïdes ou l’ADN.

La sérendipité a encore de beaux jours devant elle, et ce ne sont pas les chercheurs et chercheuses de l’équipe iRiBio (interaction, rayonnements ionisants & biologie) du LP2IB qui diront le contraire. C’est en effet de façon totalement inattendue que les scientifiques du laboratoire ont découvert en 2019 que des billes de latex chargées négativement et suspendues dans une solution liquide sont mises en mouvement quand ce milieu est irradié avec un faisceau très intense.

Depuis une dizaine d’années, il est possible de bombarder avec des microfaisceaux de radiations très intenses des cibles à l’état liquide. Cette possibilité relativement nouvelle ouvre des perspectives importantes, notamment dans l’imagerie haute résolution appliquée à l’étude de la matière molle ou à la recherche en biologie. D’autres processus ont par ailleurs été découverts dans ces conditions d’irradiation, comme la formation de nanobulles d’H2, la dégradation de polymères, ou la destruction de cellules biologiques. L’observation du comportement de la matière sous ce régime d’irradiation dans une cible liquide constitue une opportunité remarquable pour comprendre les processus physico-chimique à l’œuvre dans ces systèmes hors-équilibre.

 

Sous l’influence d’un faisceau de protons (cercle rouge), des champs électriques se forment et déplacent les microbilles de latex chargées négativement (cercles blancs) les éloignant progressivement du point d’impact du faisceau.

Crédit : Guillaume Devès

JUNO : un géant pour écouter la discrète valse des neutrinos

JUNO : un géant pour écouter la discrète valse des neutrinos

JUNO est un énorme détecteur de neutrinos souterrain. Sa construction, toujours en cours, devrait s’achever en 2024. C’est le plus grand détecteur de ce genre jamais construit.Collaboration JUNO

Le gigantesque détecteur JUNO, en cours de construction en Chine avec la participation de l’IN2P3, mettra bientôt sur écoute les insaisissables et mystérieuses particules élémentaires que sont les neutrinos. Son objectif : percer les secrets de la discrète valse interprétée par ces fantomatiques grains de matière, que les scientifiques nomment oscillations et qui les intriguent tant. A un an du démarrage de l’expérience, descente en images à 700m sous terre au cœur du géant en construction.

Crédit : Collaboration JUNO

Il y a 20 ans, l’observatoire H.E.S.S. révolutionnait l’astronomie gamma de haute énergie

Il y a 20 ans, l’observatoire H.E.S.S. révolutionnait l’astronomie gamma de haute énergie

En juin 2002, la collaboration H.E.S.S orientait son premier télescope vers le Blazar PKS 2155-304, un noyau actif de galaxie parmi les plus brillants de l’hémisphère sud. Les scientifiques ambitionnaient alors d’explorer l’Univers avec de nouvelles lunettes sensibles aux rayons gamma de très haute énergie, c’est-à-dire à des rayonnements que seuls des phénomènes cosmiques hyper violents étaient en mesure de produire. 20 ans après, leurs espoirs n’ont pas été déçus. D’année en année, la voûte céleste, si calme en apparence, s’est piquetée de plusieurs centaines de nouvelles sources témoignant de phénomènes cosmiques à l’intensité jusque-là insoupçonnée. Retour sur l’épopée H.E.S.S. avec Mathieu de Naurois, chercheur au LLR et directeur international adjoint de la collaboration.

En 20 ans, l’observatoire H.E.S.S., a révolutionné l’astronomie gamma en ouvrant une fenêtre inédite sur les phénomènes les plus violents de l’Univers. Image : Collaboration H.E.S.S.

Contact:

Marianne LEMOINE-GOURMARD | LP2i Bordeaux – Groupe Astro

Le projet SuperChooz d’étude des neutrinos est bien plus ambitieux que les deux précédents réalisés à la centrale de Chooz

L’IN2P3 et EDF ont signé le 7 septembre un accord de partenariat pour explorer la faisabilité d’une expérience neutrino de grande envergure sur le site de la centrale nucléaire de Chooz dans les Ardennes. Baptisé SuperChooz, ce projet envisage de mettre en œuvre une technologie de détection radicalement nouvelle qui pourrait positionner ce site européen au centre de l’échiquier de la recherche mondiale sur les neutrinos. Anatael Cabrera, responsable scientifique du projet exploratoire SuperChooz  et inventeur de cette nouvelle technologie nous explique le projet.

Contact:

Christine MARQUET | LP2i Bordeaux – Groupe Neutrino

Mesurer in situ l’adaptation de la structure du noyau induite par l’endommagement de l’ADN

Mesurer in situ l’adaptation de la structure du noyau induite par l’endommagement de l’ADN

Dans le cadre d’une collaboration entre physiciens, biologistes et médecins, des chercheurs ont combiné optique et acoustique pour sonder, sans contact ni marqueurs, l’évolution de l’élasticité du milieu intranucléaire après avoir soumis des cellules ostéosarcomes à des agents physiques et chimiques endommageant leur ADN. Ces travaux, publiés dans la revue Photoacoustics, pourraient aider au développement de nouveaux traitements ou outils de diagnostiques, la structuration nucléaire jouant un rôle primordial dans l’accès au génome.

A gauche : des impulsions laser femtoseconde sont employées pour induire et suivre la propagation d’une onde acoustique au travers du noyau de cellules ostéosarcomes. Au centre : la mesure de la célérité acoustique permet de cartographier la rigidité du milieu nucléaire avec une résolution limitée par l’optique de focalisation.

A droite : la rigidité des noyaux, révélatrice de la nano-structuration, décroit avec le temps d’exposition à un facteur chimique d’endommagement de l’ADN.
© Liwang LIU

Contact:

Hervé SEZNEC

L’histoire précoce de la Terre dévoilée grâce au paradoxe du xénon manquant

L’histoire précoce de la Terre dévoilée grâce au paradoxe du xénon manquant

Le paradoxe du xénon manquant sur Terre et Mars est une des énigmes de la géochimie jusque là toujours imparfaitement résolue par les divers scénarios proposés, scénarios publiés dans des revues à très fort impact et avec un relai large dans les revues de vulgarisation jusque dans les quotidiens nationaux (Le Monde par exemple en 2012 suite au scénario de Shcheka et Kepler publié également dans Nature). Les études sur la géochimie du xénon sont en effet très suivies, car c’est un traceur exceptionnel de la formation de la Terre et des planètes, mais aussi un traceur très surveillé des tests nucléaires sous-terrains et des fuites de réacteurs civils.

Or nous avons démontré au cours des 15 dernières années que le xénon n’est pas un traceur inerte mais qu’il réagit dans les conditions de hautes pressions et températures des intérieurs planétaires, se liant aux atomes d’oxygène. Notre première compréhension de ce phénomène (Sanloup et al. Science 2005) a ouvert la voie de la synthèse et de la prédiction des composés de xénon sous pression, composés de haute énergie, à la fois par la communauté de physique des hautes pressions et celle de la chimie des gaz rares. Il y a donc un intérêt très fort et multidisciplinaire sur cette thématique, et le CNRS ne s’y est pas trompé en finançant cette nouvelle étude via la MITI et via le programme 80PRIME pour la thèse d’Igor Rzeplinski, premier auteur de l’article, co-encadré par Denis Horlait (Laboratoire des deux infinis de Bordeaux, IN2P3) et Chrystèle Sanloup (IMPMC, INP).

Cette étude parachève la découverte de la réactivité du xénon dans les intérieurs planétaires en démontrant son impact sur le fractionnement des isotopes du xénon. Nous en déduisons un scénario complet couvrant tous les aspects du xénon manquant (aspects élémentaires, isotopiques et temporels). De façon inattendue, ce scénario lève aussi le voile sur l’histoire précoce des planètes telluriques en révélant que chaque impact entre embryons planétaires a mené à un stade d’océan magmatique couplé à la perte d’atmosphère, et que cela s’est nécessairement reproduit au moins une dizaine de fois, le xénon étant à chaque fois un peu plus enrichi en isotopes lourds.

Enfin, au-delà de la résolution du paradoxe du xénon manquant, la compréhension de la chimie du xénon dans la Terre et les planètes ouvre maintenant des perspectives de recherche plus appliquées. Les ingrédients Xe, oxydes, hautes pressions et hautes températures sont réunis dans d’autres contextes comme les réacteurs nucléaires ou la propulsion spatiale, où les limites de rendement et de durée de vie des composants pourraient être repoussées par une optimisation des matériaux.

Neurotoxicité du manganèse : les études du LP2i Bordeaux permettent à l’OMS de réévaluer ses recommandations

Neurotoxicité du manganèse : les études du LP2i Bordeaux permettent à l’OMS de réévaluer ses recommandations

L’équipe Imagerie Chimique et Spéciation du Laboratoire de physique des 2 infinis de Bordeaux (LP2i Bordeaux) a publié plusieurs études sur la neurotoxicité du manganèse dont les effets, à haute dose, ont des conséquences graves sur la santé humaine. Ces travaux font partie des publications reprises par l’Organisation mondiale de la santé pour établir de nouvelles directives sur les seuils de toxicité à cet élément.

Le manganèse (Mn) est un élément essentiel pour l’homme. Il est impliqué dans des fonctions biologiques indispensables à la vie mais et il s’avère neurotoxique à dose trop élevée. Il est naturellement présent dans l’alimentation et dans les eaux souterraines, parfois en forte concentration suivant la nature des sols.

L’équipe Imagerie chimique et spéciation (ICS) du pôle santé-environnement du LP2iB, dirigée par Richard Ortega, étudie les effets toxiques des métaux dans le domaine des neurosciences. Elle s’intéresse aux mécanismes de neurotoxicité du Mn depuis de nombreuses années.

Ses approches d’analyse se basent sur des méthodes de micro-imagerie chimique par faisceau d’ions qui permettent de quantifier et visualiser l’accumulation du Mn dans les échantillons biologiques. Lors d’une conférence internationale sur le sujet, l’équipe ICS a décidé de s’associer avec des chercheurs Nord-Américains de l’Université Norwich (Vermont) pour effectuer des analyses dans les substituts de lait maternel, suspectés de contenir un taux de Mn trop important. En effet, sa présence dans les préparations alimentaires pour nourrissons, et plus généralement dans l’eau, est un sujet qui préoccupe la communauté scientifique car de récentes études indiquent un lien entre une exposition élevée au Mn et certains troubles neurologiques chez l’enfant.

Les résultats de leurs études montrent que les préparations pour nourrisson contiennent généralement beaucoup plus de Mn que le lait maternel et ceci pour plusieurs raisons : d’une part les substituts sont préparés à partir de lait de vache, naturellement plus riche en Mn. D’autre part, les fabricants ajoutent eux aussi du Mn dans leurs préparations. Enfin, lorsque les biberons sont préparés avec de l’eau elle-même riche en Mn, les seuils de toxicité peuvent alors être dépassés.

Tenant compte de ces récentes études menées, entre autres, par le LP2iB et l’Université Norwich, l’OMS a donc fixé un nouveau seuil provisoire recommandé de 80 µg/L de Mn dans l’eau (la précédente valeur était de 400 µg/L). Cette nouvelle valeur provisoire recommandée représente une avancée très importante pour garantir la sécurité sanitaire, surtout pour les enfants qui sont particulièrement exposés aux mécanismes de neurotoxicité.

Richard Ortega sur la plateforme d’analyse par faisceaux d’ions du LP2iB. © Asuncion Carmona.

Contact: Richard ORTEGA, Chercheur CNRS, +33 557 120 907,

[1] https://www.who.int/publications/i/item/9789240045064

[2] https://www.who.int/docs/default-source/wash-documents/wash-chemicals/gdwq-manganese-background-document-for-public-review.pdf

[3] Mitchell E.J., Frisbie S.H., Roudeau S., Carmona A., Ortega R. (2021) How much manganese is safe for infants? A review of the scientific basis of intake guidelines and regulations relevant to the manganese content of infant formulas. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 65, 126710. 

[4] Mitchell E.J., Frisbie S.H., Roudeau S., Carmona A., Ortega R. (2020) Estimating daily intakes of manganese due to breast milk, infant formulas, or young child nutritional beverages in the United States and France: Comparison to sufficiency and toxicity thresholds. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 62, 126607. 

[5] Frisbie S.H., Mitchell E.J., Roudeau S., Domart F., Carmona A., Ortega R. (2019) Manganese levels in infant formula and young child nutritional beverages in the United States and France: comparison to breast milk and regulations. PLoS ONE, 14(11): e0223636. 

Les rayonnements affaiblissent les cellules souches cryoconservées

Les rayonnements affaiblissent les cellules souches cryoconservées

Une équipe de scientifiques de l’IN2P3 (LPSC et LP2I Bordeaux) et de l’Institut Pasteur a montré que des cellules souches musculaires de souris, cryoconservées sur de longues durées à l’abri de la radioactivité et des rayons cosmiques, étaient opérationnelles plus rapidement et présentaient un meilleur potentiel de régénération des tissus. Des résultats à l’origine d’un dépôt de brevet et parus le 16 février dernier dans la revue Cell transplantation, Journal of regenerative medecine.

Les cellules souches ont la capacité de réparer les tissus et les organes. Elles sont déjà utilisées pour soigner certaines pathologies et elles pourraient être dans le futur utilisées pour un large éventail de traitements thérapeutiques. Dans ce but, elles sont conservées la plupart du temps dès la naissance et pendant une centaine d’années à la température de l’azote liquide. Des équipes du CNRS/IN2P3 et de l’Institut Pasteur ont initié un programme exploratoire sur l’effet de la radioactivité naturelle et du rayonnement cosmique sur l’intégrité de cellules souches cryoconservées.

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Cellules souches cryoconservées à l’abri de la radioactivité naturelle et des rayons cosmiques.

Première observation d’une accélération record de particules cosmiques dans une nova

Première observation d’une accélération record de particules cosmiques dans une nova

Les novae sont de puissantes explosions à la surface d’une naine blanche dans un système à deux étoiles, capable de générer des ondes de choc qui déchirent le milieu environnant, entraînant des particules et les accélérant à des niveaux extrêmes. Des chercheurs et chercheuses de l’installation H.E.S.S. en Namibie, parmi lesquels des scientifiques du CNRS et du CEA, ont pu observer ce processus d’accélération pour la première fois dans le domaine des rayons gamma de très haute énergie. Leurs résultats, publiés en ligne dans la revue Science le 10 mars 2022, montrent que la nova RS Ophiuchi provoque l’accélération des particules à des énergies atteignant la limite théorique.

  • Les novae sont des explosions cosmiques très puissantes capables d’accélérer les particules.
  • Les scientifiques de la collaboration H.E.S.S. ont mesuré des accélérations à des énergies plusieurs centaines de fois supérieures aux observations précédentes de novae.
  • C’est également la première fois que le phénomène peut être suivi en direct, du début à la fin.

RS Ophiuchi est une nova récurrente : cette naine blanche agrège une partie de la matière d’une autre qui orbite avec elle ce qui finit par produire, tous les 15 à 20 ans, une puissante explosion à sa surface. Lorsque la nova a explosé en août 2021, les télescopes de la collaboration H.E.S.S.1 ont pu observer pour la première fois le phénomène dans le domaine des rayons gamma de très haute énergie.

Le groupe de recherche2 a observé que les particules ont été accélérées à des énergies plusieurs centaines de fois supérieures à celles observées précédemment dans les novae, jusqu’à atteindre les énergies maximales prédites par les modèles théoriques. Cette accélération particulièrement efficace serait à mettre au compte du très puissant champ magnétique de la naine blanche, amplifié par les rayons cosmiques en amont du choc.

Les rayons gamma de haute énergie produits par la nova de RS Ophiuchi ont pu être mesurés jusqu’à un mois après l’explosion. Les scientifiques ont ainsi observé pour la première fois entièrement l’évolution d’une nova, ce qui leur a donné l’opportunité d’étudier l’accélération des particules cosmiques comme s’ils regardaient un film. Le succès de cette observation est dû en grande partie à la réaction rapide des scientifiques après qu’un astronome amateur les a alertés sur l’apparition de la nova.

Ces nouvelles mesures dans le rayonnement gamma de très haute énergie apportent des informations inédites qui vont permettre de préciser le fonctionnement de ces explosions cosmiques et leur contribution à l’omniprésence des rayons cosmiques dans l’espace. Elles aideront aussi à mieux comprendre d’autres explosions cosmiques beaucoup plus extrêmes, les supernovae, qui pourraient être la source d’accélération de particules tout aussi efficaces.

Cette mesure constitue une nouvelle percée dans l’astronomie des rayons gamma et est un signe encourageant qui permettra d’étudier beaucoup plus d’explosions cosmiques avec H.E.S.S. et les télescopes à rayons gamma du futur3 car de nombreuses novae pourraient en émettre. Dans les prochaines années, les recherches menées permettront de déterminer si ce type de nova est exceptionnel ou non.

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Vue d’artiste du système binaire naine blanche et géante rouge après l’explosion de la nova. La matière éjectée de la surface de la naine blanche génère des ondes de choc qui s’étendent rapidement, formant une forme de sablier. Les particules sont accélérées au niveau de ces fronts de choc, qui entrent en collision avec le vent dense de l’étoile géante rouge et produisen des photons gamma de très haute énergie.
© DESY/H.E.S.S., Science Communication Lab

    Première démonstration expérimentale de la technologie LiquidO

    Première démonstration expérimentale de la technologie LiquidO

    La collaboration LiquidO a publié sur le site « Communications Physics » de Nature les résultats de sa première validation expérimentale. Cette technique de détection qui utilise un liquide scintillateur opaque avec un dense réseau de fibres optiques ouvre de nouvelles perspectives de détection dans le domaine des neutrinos, mais également dans de nombreuses autres disciplines.

    LiquidO est une nouvelle technique de détection qui utilise des scintillateurs opaques pour permettre de visualiser les interactions de particules jusqu’à l’échelle du centimètre. Elle fonctionne avec l’abondante lumière produite par les scintillateurs, mais pourrait également exploiter le rayonnement Cherenkov. La technique peut être optimisée pour un large éventail de tailles de détecteurs et d’énergies de neutrinos, de l’échelle du GeV à celle du MeV, et s’accommode très bien de la présence d’éléments dopants à des concentrations qui dépassent de loin celles admises dans les détecteurs à scintillateurs traditionnels.

    Ses performances lui confèrent un large éventail d’applications dans de nombreux domaines de la physique des hautes énergies, nucléaire, médicale et des accélérateurs, dont beaucoup font l’objet d’une exploration active.

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    Image d’une interaction réalisée avec la technologie LiquidO. Image : Collaboration LiquidO

      Visualisation 4D d’une radioactivité proton avec ACTAR TPC

      Visualisation 4D d’une radioactivité proton avec ACTAR TPC

      Une expérience réalisée au GANIL avec le nouveau dispositif de détection ACTAR TPC a permis de développer une nouvelle technique de visualisation directe des trajectoires (en 3D) des protons émis par l’état isomérique du noyau 54Ni ainsi que leur temps (4e dimension) de décroissance. Cette observation représente un test unique des modèles théoriques, car elle permet de sonder des composantes extrêmement faibles des fonctions d’ondes qui décrivent la structure de ce noyau, et cette technique est envisagée pour mesurer d’autres décroissances similaires. Le résultat de cette expérience a fait l’objet d’une publication dans Nature Communications[1].

      [1] https://www.nature.com/articles/s41467-021-24920-0

      La radioactivité proton de l’état isomérique de 54Ni

      Le phénomène de radioactivité par émission d’un proton est connu depuis 50 ans. Ce processus permet notamment de caractériser les limites de la table des noyaux atomiques. Dans le cas de 54Ni, l’émission a lieu depuis un état isomérique (de spin 10+) : il s’agit d’un état particulier, métastable. La décroissance de cet état peut être comparée à celle d’un état équivalent dans le noyau 54Fe, plus stable et mieux connu. Ces 2 noyaux sont dit « miroirs », car ils ont des nombres de neutrons et protons inversés, et présentent des propriétés très similaires en raison de la symétrie d’isospin, qui stipule que protons et neutrons sont équivalents (à l’exception de la charge électrique). Sur le plan théorique, le modèle en couches permet de décrire précisément l’état 10+ de 54Fe, mais pas celui de 54Ni, en raison de l’émission de proton qui n’avait pas pu être observée par les techniques habituelles.

      L’observation complète des émissions de protons reportée dans cette article a permis de mettre en évidence, sur le plan théorique, que le processus est sensible à des composantes extrêmement faibles des fonctions d’ondes décrivant cet état.

      Une nouvelle technique expérimentale

      Pour observer cette émission de protons, il a été nécessaire d’utiliser un instrument nouvellement développé pour la physique nucléaire : ACTAR TPC[1]. Il s’agit d’un détecteur gazeux fonctionnant sur le principe d’une chambre à projection temporelle. Lorsque des particules chargées – ici les protons émis – traversent le volume de gaz, elles créent un signal d’ionisation le long de leur trajectoire. Ce signal est « projeté » et mesuré sur une matrice 2D de « pixels » (plan de collection), et à l’aide du temps de dérive du signal sur chaque pixel, la trajectoire est reconstruite en 3 dimensions.

      Cet instrument a été installé sur la ligne LISE3 du GANIL (Figure 1), qui a été utilisée pour produire les noyaux 54Ni (instables) en bombardant un faisceau de 58Ni (stable) sur une cible de béryllium. Les collisions violentes produisent de nombreux types de noyaux, dont 54Ni, qui est sélectionné par le spectromètre LISE3 (composé d’un ensemble d’éléments magnétiques et électriques), pour être implanté dans le volume de gaz du dispositif ACTAR TPC. Néanmoins, seule une petite fraction, de l’ordre de 1 pour 1000, des noyaux de 54Ni sont produits dans l’état isomérique étudié. Les quelques 2 millions de noyaux identifiés ont alors permis d’observer l’émission d’environ 2500 protons provenant de deux transitions clairement identifiées.

      [1]https://www.ganil-spiral2.eu/scientists/ganil-spiral-2-facilities/instrumentation/actar/

      Figure 1 : Dispositif ACTAR TPC installé en bout de la ligne LISE3 du GANIL. L’insert montre l’intérieur du dispositif, avec la cage servant à générer un champ électrique pour faire dériver le signal d’ionisation vers le plan de collection.

      Figure 2 : Principe de la reconstruction des trajectoires du noyau implanté et du proton émis. La longueur de la trace du proton (3D) est caractéristique de l’énergie avec laquelle il est émis. La différence, sur l’axe vertical (axe de dérive du signal vers le plan de collection), entre le point d’arrêt de l’ion et le début de la trace proton, mesure le temps au bout duquel le proton est émis (qui permet de mesurer la durée de vie de l’état isomérique de 54Ni).

      L’observation en 4D des protons émis

      L’observation directe des protons de la décroissance de l’état isomérique de 54Ni n’était pas possible avec les techniques de détection employées habituellement dans ce type d’expériences, utilisant des détecteurs solides en silicium. En effet, lorsque l’ion s’arrête le détecteur, il dépose une énergie environ 1000 fois plus grande que l’énergie du proton. Celui-ci est émis en moyenne 150 milliardièmes de secondes après l’implantation, ce qui rend impossible de distinguer le faible signal du proton de celui de l’ion.

      L’utilisation d’ACTAR TPC pour la reconstruction en 3D des trajectoires a permis de contourner ce problème : le signal des protons, émis dans n’importe quelle direction, est mesuré sur des pixels du plan de collection différents de ceux qui collectent le signal d’implantation de l’ion (Figure 2).

      En raison de la durée de vie de l’état étudié, le proton est émis alors que le signal de l’ion a déjà commencé à dériver vers le plan de collection. De ce fait, un décalage est observé (sur l’axe vertical qui est l’axe de projection temporelle) entre le point d’implantation de l’ion et le point d’émission du proton. Ce décalage permet alors de mesurer la durée de vie de l’état isomérique. En plus de la longueur des traces des protons qui est directement liée à leur énergie, la mesure de durée de vie vient compléter l’image complète de la décroissance de cet état, pour un test très poussé des modèles théoriques.

      L’équipe RADEN µbiologie décroche un financement de prématuration CNRS !

      L’équipe RADEN µbiologie décroche un financement de prématuration CNRS !

      Depuis début 2020, Adam Williamson, CDD chercheur IN2P3, et Claire Sergeant, chercheur au CENBG | Groupe RADEN, travaillent sur la bioremédiation d’effluents liquides pollués en métaux et en radioéléments par une souche bactérienne encapsulée dans une matrice polymère. Un dépôt de brevet est en cours avec Aquitaine Science Transfert.

      Afin de poursuivre les expériences pendant une année supplémentaire vers une plus grande maturité technologique en lien avec une entreprise d’ingénierie, nous avons été soutenus par la cellule Valorisation du CENBG, par l’IN2P3 et par la société Valoritech pour postuler en juillet dernier au dispositif CNRS de prématuration.

      Billes de polymère contenant la souche bactérienne

      Le projet SYMBIOSE (SYstème de nettoyage de Métaux par BIO et Stérile Encapsulation) a été retenu par le Comité Scientifique et le Comité de Pilotage de CNRS-Innovations, et sera financé en 2022 pour une durée de 12 mois. Il vise à développer un bioréacteur à l’échelle du litre pour décontaminer des effluents aqueux pollués en métaux seuls ou en mélange.

      Contact CENBG : Claire SERGEANT

      L’université de Bordeaux devient membre associé de l’I2EN

      L’université de Bordeaux devient membre associé de l’I2EN

      L’I2EN (Institut International de l’Energie Nucléaire), organisme qui fédère les formations supérieures françaises dans le secteur nucléaire, est l’interlocuteur « formation » de l’industrie nucléaire au niveau national et international. L’université de Bordeaux vient de rejoindre officiellement l’I2EN en tant que membre associé. La signature de cette charte officialise le partenariat existant depuis de nombreuses années entre l’I2EN et le Master de Physique Fondamentale et Applications – parcours Instrumentation Nucléaire, formation dont le CENBG est également partenaire.

      Expérience JUNO : des signaux issus de 128 photomultiplicateurs numérisés avec succès !

      Expérience JUNO : des signaux issus de 128 photomultiplicateurs numérisés avec succès !

      Dans le cadre de la construction de l’observatoire international de neutrinos JUNO, le CENBG vient de mettre en place un dispositif de test permettant de valider le système électronique de numérisation des signaux associé à 128 photomultiplicateurs. Ce premier succès constitue un jalon important et démontre la faisabilité de numériser à grande échelle les signaux des 25600 photomultiplicateurs 3 pouces qui seront installés en Chine en 2022 pour détecter la lumière induite par l’interaction des neutrinos.

      Photo des 128 photomultiplicateurs 3 pouces @JeanJouve

        Carte de lecture et de numérisation des 128 signaux @FannyCadou

          Étude des réactions neutroniques : la « méthode de substitution » tient ses promesses

          Étude des réactions neutroniques : la « méthode de substitution » tient ses promesses

          Cette méthode envisage de simplifier l’étude des réactions neutroniques sur les noyaux instables. Testée dans l’installation ALTO d’IJCLab dans le cadre d’une collaboration menée par des équipes du CENBG et du CEA-DAM Ile-de-France, elle fait à nouveau la preuve de son efficacité en déterminant pour la première fois, simultanément, les sections efficaces induites par neutron de fission et de capture radiative du plutonium 239. Les résultats sont publiés dans Physical Review Let.

          Sections efficaces de fission du 239Pu induites par des neutrons.

          Contact CENBG :

          Beatriz JURADO

          Plateforme PRISNA : un laboratoire de Marseille (CPPM) installe un détecteur Germanium

          Plateforme PRISNA : un laboratoire de Marseille (CPPM) installe un détecteur Germanium

          Dans le cadre du projet ORCA, une équipe du Centre de Physique des Particules de Marseille – CPPM est venue installer un détecteur Germanium dans un des blindage bas bruit de la plateforme PRISNA du CENBG pour mesurer son bruit de fond.

          L’équipe KM3NeT/ORCA avec le détecteur Germanium dans la plateforme PRISNA

          Ce détecteur sera par la suite installé en permanence sur le plancher océanique (par 3000m de fond) au large de Toulon pour aller mesurer et surveiller la radioactivité des fonds sous-marins sur le long terme.

            Contact CENBG : Cédric CERNA

            Les jets des quasars : des accélérateurs de particules sur des milliers d’années-lumière

            Les jets des quasars : des accélérateurs de particules sur des milliers d’années-lumière

            Une collaboration regroupant des scientifiques de 13 pays, et notamment du CENBG, vient de démontrer que l’émission gamma de très haute énergie des quasars, galaxies au cœur très énergétique, s’étend sur plusieurs milliers d’années-lumière, le long d’un jet de plasma. Cette découverte a été publiée le 18 juin 2020 dans la revue Nature.

            Image composite de Centaurus A révélant les jets émergeant du trou noir central et l’émission gamma © DR

            Contact CENBG : Benoît LOTT

            La cartographie la plus complète du ciel à très haute énergie jamais réalisée

            La cartographie la plus complète du ciel à très haute énergie jamais réalisée

            La collaboration internationale Fermi-LAT présente deux nouveaux catalogues établis avec les données recueillies ces 8 dernières années par le télescope LAT, qui observe les rayons gamma (0.05 GeV-1 TeV) depuis le satellite Fermi lancé en 2008. Baptisés 4FGL et 4LAC, enrichis de milliers de nouvelles sources, ces catalogues représentent des avancées majeures dans la connaissance du ciel en rayons gamma à très haute énergie.

            Carte du ciel fermi nasa @Nasa

            Publié conjointement, le catalogue 4LAC se concentre sur les noyaux actifs de galaxie et devient également le plus important établi à très haute énergie ; il a été produit par la même équipe au CENBG Groupe Astroparticules, en collaboration avec des membres de l’Agence Spatiale Italienne.

              Contact CENBG : Benoît LOTT

              Dans un nouvel article de Nature Physics, Double Chooz publie des valeurs actualisées de θ13 et des flux de neutrinos de réacteurs

              Dans un nouvel article de Nature Physics, Double Chooz publie des valeurs actualisées de θ13 et des flux de neutrinos de réacteurs

              Depuis l’arrêt de ses détecteurs début 2018, la collaboratoin Double Chooz poursuit l’analyse de ses données afin de parvenir à la valeur la plus proche qui soit de θ13, valeur qui caractérise la troisième oscillation des neutrinos.

              Les chercheurs ont également mesuré avec une précision jamais encore atteinte le flux de neutrinos émis par les réactions de fission des réacteurs nucélaires ainsi que d’autres valeurs associées.

              Ces résultats sont rassemblées dans un article paru lundi 20 avril 202 dans « Nature Physics » [1] signé par Hervé de Kerret et al.

              THE LATEST RESULTS OF DOUBLE CHOOZ :

              Θ13 NEUTRINO OSCILLATION AND REACTOR NEUTRINO PHYSICS PRECISION

              On Monday 20, April 2020, the Double Chooz international collaboration (100 scientists in 25 institutions over 7 countries ; Brazil, France, Germany, Japan, Spain, Russia and USA) published its latest result in Nature Physics (Hervé de Kerret et al). The experiment is located in the LNCA laboratory CNRS/IN2P3-CEA within the Chooz nuclear reactor of Electricité de France (EDF). This publication condenses about 10 years of work and the latest techniques of reactor neutrino analysis developed by the collaboration to yield its latest insight in θ13 and other key measurements of high precision in reactor neutrino physics. APC gave key contributions to the project.

              The measurement of θ13 within the 2011-2012 was one of the most important breakthroughs in the establishment of the neutrino oscillation phenomenon, whose model was conceived to explain about 50 years of world experimental data thanks to a major phenomenology effort. Although the model was well established as the most coherent solution to the “solar and atmospheric anomalies” since early 2000, the observation of θ13 was the ultimate confirmation, as it was the main testable prediction of the model. Indeed, the Nobel Prize in Physics was awarded shortly after (2015) to the SNO (Canada based – Dr McDonald awarded) and Super-Kamiokande (Japan based – Dr Kajita awarded) experiments for the phenomenon discovery with solar and atmospheric neutrinos. However, the θ13 brought one extra surprise : its “large” value (compared to expectations) makes it possible to measure a CP violation phase in the leptonic mixing sector of the Standard Model of Particle Physics ; up to several orders of magnitude higher than the observed values in the quark sector. The exact fraction of CP-violation remains unknown but the current evidence favours large values indeed. Thus, this scenario brings hope for a less distant future explanation behind the so far observed and still non-understood matter-antimatter asymmetry in the Universe during formation (see for instance : http://www.cnrs.fr/fr/ou-est-passee…).

              The main challenge behind the measurement of θ13 has been the extreme control of experimental systematics, where new record of sub-percent precision in neutrino physics was achieved. Hence, the agreement of the three redundant experiments — Double Chooz (France), Daya Bay (China) and RENO (South Korea) — is key to ensure both precision and accuracy of the measurement world-wide. The latest result of Double Chooz [sin2(2θ13)=0.105±0.014] comes along with a unique analysis carefully scrutinising the accuracy ; i.e. possible bias effects. Despite the overall consistency found (≤2σ), the latest central value is slightly higher. The measurement is so difficult that, as of today, there is no foreseeable improvement ahead. In this publication, Double Chooz exploits its single and simplest geometry (“iso-flux”) multiple detector configurations to realise among the most precise measurements of the reactor neutrino flux today. The latest data demonstrates a large spectral distorsion (first reported by Double Chooz in 2014), very consistent with Daya Bay data, as well as the world most precise flux measurement via the mean-cross section per fission [5.71±0.06× 10−43 cm2]. Double Chooz was also able to turn its θ13 measurement to probe the consistency of the standard reactor flux uncertainties, which is found to be significantly underestimated. Thus, indirectly, the latest result is consistent with a likely recognition of our poorer understanding of a reactor neutrino flux, as compared to other more exotic hypotheses that cannot be fully ruled out neither.

              The latest analysis pioneers a new technique for neutrino detection, called total neutron capture, enabling a major increase in statistics and the reduction of the most complex detection systematics. Such a technique was expected to be impossible during the detection construction, so that the precision in the detector volume knowledge was relaxed. This knowledge could be recovered during the (ongoing) detector dismantling. The Double Chooz ultimate precision is still expected to improve significantly for the next and last publication, for which analysis is currently ongoing with more data.

              CENBG staff involve :

              The CENBG Laboratory team has played major role in the Double Chooz experiment at both technical and scientific level. Major contributions have been made for the instrumentation (E. Chauveau — DAQ system, trigger optimization, detector commissioning), and physics analysis (E. Chauveau, C. Jollet and A. Meregaglia for the energy calibration, study of the muon induced background : fast neutrons and cosmogenic nuclei, and residual neutrinos observation).

              Publication Nature Physics Double Chooz
              Nature Physics Double Chooz Article@IN2P3 : in preparation
              [/et_pb_column]