Les scientifiques de l’Observatoire Pierre Auger, le plus grand détecteur de rayons cosmiques au monde, célébreront les vingt ans de l’Observatoire à Malargüe, province de Mendoza, en Argentine, du 14 au 16 novembre 2019. Les célébrations débuteront par un symposium qui comprendra des présentations sur les origines du projet, dont le CNRS est l'un des fondateurs, et sur l'état de l’art dans les domaines de recherche couverts par l’Observatoire. Le 16 novembre aura lieu une cérémonie mettant en valeur le rôle de l'Observatoire Pierre Auger et réunissant des personnalités nationales et internationales, ayant soutenu le projet.

 

L'Observatoire Pierre Auger couvre une superficie de 3000 km2 dans la pampa argentine, par 35º de latitude sud et 65º de longitude ouest, au pied de la cordillère des Andes, à proximité de la ville de Malargüe. Il est conçu pour étudier les rayons cosmiques aux plus hautes énergies. Ce sont les particules les plus puissantes de l'Univers : leur énergie dépasse les 1020 (des centaines de milliards de milliards) électronvolts (eV). En comparaison, les particules étudiées dans les plus grands accélérateurs, y compris celles accélérées par le LHC au CERN à Genève, sont dix millions de fois moins énergétiques. D'où viennent-elles ? Quelle est leur nature ? Comment atteignent-elles des énergies aussi extrêmes ? L'objectif de l’Observatoire Pierre Auger est d’apporter des réponses à ces questions.

Lors de l'ICRC 2019, la collaboration Pierre Auger a présenté ses derniers résultats sur la physique des rayons cosmiques (RC) d'ultra haute énergie. Après une quinzaine d'année de fonctionnement de l'Observatoire Pierre Auger, les analyses bénéficient d'une statistique importante, d'une exposition élevée, et d'une compréhension de plus en plus précise des sources d'incertitude systématique.

Certains résultats  parmi les plus marquants sont résumés ci-dessous.

Anisotropies des directions d'arrivée

La modulation dipolaire à grande échelle angulaire au-dessus de 8 EeV est confirmée et son amplitude croit avec l'énergie. Amplitude et phase de la modulation sont mesurées sur plus de trois décades en énergie, et les résultats confirment une origine galactique des RC en dessous de 1 EeV, tandis que la direction du dipole observé va dans le sens d'une origine extragalactique des RC de quelques EeV.

Carte du ciel du flux de rayons cosmiques au dessus de 8 EeV (ICRC 2019)

Les recherches à plus petites échelles angulaires ont confirmé l’existence d’un excès en direction de Centaurus A. Pour les RC d'énergie supérieures à 38 EeV, la correlation entre leur direction d'arrivée et la position des galaxies à flambée d'étoiles répertoriées dans un catalogue incluant des objets extragalactiques tels que NGC4945 et M83 dans la région de  CenA, mais aussi NGC253 près du pole sud galactique. Des études incluant les effets des champs magnétiques et prenant en compte des catalogues plus complets sont nécessaires pour confirmer ces résultats.

Spectre en énergie et composition du flux de RC

La mesure du spectre en énergie des rayons cosmiques réalisée par l'Observatoire Pierre Auger couvre une grande gamme en énergie, allant de 0,03 à plus de 100 EeV. Cette mesure est entièrement indépendante des modèles et d'hypothèses sur la composition. Deux points d'inflexion sont clairement visibles correspondant au deuxième genou et à la cheville; un nouveau changement de pente est à présent observé autour de 10 EeV.

Spectre des rayons cosmiques mesuré par l'Observatoire Pierre Auger (ICRC2019)

 

Cette année le Laboratoire fêtera la science du 3 au 12 octobre. Venez rencontrer les personnels du LPSC afin de découvrir ou d'approfondir vos connaissances sur les activités de recherche du laboratoire. Retrouvez-les à Grenoble, Modane et Voiron.
Programme détaillé des activités proposées par le LPSC ici!

 

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L'expérience STEREO a présenté de nouveaux résultats basés sur la détection d’environ 65000 neutrinos à courte distance du réacteur de recherche de l’ILL à Grenoble. L'amélioration de la précision rejette l'hypothèse d'un 4ème neutrino dans une grande partie de l’espace des paramètres autorisés. Bénéficiant d’un bon contrôle de la réponse du détecteur, STEREO a également présenté ses premières mesures absolues du taux de neutrinos et de la forme du spectre.

Particules omniprésentes, les neutrinos sont étudiés dans toutes sortes de détecteurs pour tester la théorie du Modèle Standard, pour observer l'intérieur des réacteurs nucléaires ou des étoiles, ou pour étudier les phénomènes les plus violents aux plus grandes échelles de l'Univers. La détection des faibles signaux laissés par les neutrinos est entrée dans une ère de haute précision, révélant de nouvelles anomalies par rapport aux prédictions. L'objectif de l'expérience STEREO est de réaliser un test direct de l'existence d'un hypothétique 4ème neutrino, qui permettrait de résoudre l’énigme du déficit de neutrinos détectés à proximité des réacteurs nucléaires (l'anomalie de neutrinos de réacteur).

Le détecteur STEREO est installé depuis fin 2016 à 10 m du cœur du réacteur de l'Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble en France. Il mesure précisément les taux et les spectres d'énergie des neutrinos émis par le cœur dans 6 cellules de détection identiques. S'il existe un 4ème neutrino, il doit "osciller" avec les neutrinos standard, induisant un motif unique de distorsions spectrales d'une cellule à l'autre. Cependant, les spectres mesurés dans les 6 cellules du détecteur STEREO ont des formes similaires qui nécessitent une analyse minutieuse. Le résultat présenté réduit considérablement le domaine d'existence du 4ème neutrino (Figure 1). En continuant à collecter des données, STEREO améliorera sa sensibilité et testera des zones avec des amplitudes d'oscillations encore plus faibles.

Figure 1  Sont montrées les valeurs possibles des paramètres d’oscillation vers un 4ème neutrino et les valeurs maintenant exclues par les résultats de l’expérience STEREO. L’axe vertical correspond à la masse et à la fréquence d’oscillation vers un tel neutrino et l’axe horizontal à son amplitude. Les courbes en noir délimitent les scénarios auparavant les plus probables, avec une étoile marquant le cas le plus vraisemblable. La région en rouge est rejetée par les mesures de l’expérience STEREO, avec un degré de certitude de 90%. La région en bleue représente la sensibilité théorique de réjection de l’expérience STEREO pour une précision statistique correspondant à 185 jours de données.

Figure 1 : Sont montrées les valeurs possibles des paramètres d’oscillation vers un 4ème neutrino et les valeurs maintenant exclues par les résultats de l’expérience STEREO. L’axe vertical correspond à la masse et à la fréquence d’oscillation vers un tel neutrino et l’axe horizontal à son amplitude. Les courbes en noir délimitent les scénarios auparavant les plus probables, avec une étoile marquant le cas le plus vraisemblable. La région en rouge est rejetée par les mesures de l’expérience STEREO, avec un degré de certitude de 90%. La région en bleue représente la sensibilité théorique de réjection de l’expérience STEREO pour une précision statistique correspondant à 185 jours de données.

Au-delà de la comparaison d'une cellule à l'autre, une tâche plus difficile consiste à contrôler la réponse absolue du détecteur. Le résultat de STEREO est d’un grand intérêt car le combustible nucléaire du cœur du réacteur de l’ILL est fortement enrichi et que les neutrinos détectés proviennent de la fission d'un isotope unique, l’ 235U, et non d'un mélange de 4 isotopes de fission comme c’est le cas dans les réacteurs commerciaux. Le taux absolu de neutrinos et la forme du spectre en énergie ont été gardés cachés lors de l'analyse des données de STEREO. Ils ont été " dévoilés " pour la première fois après avoir défini l'évaluation de toutes les erreurs systématiques et la procédure d'analyse. La figure 2 montre que STEREO fait d’ors et déjà partie des mesures les plus précises du taux de neutrinos de fission 235U, ajoutant une information précieuse dans le test de l'anomalie du réacteur. La forme du spectre en énergie mesurée par l’ensemble des 6 cellules montre un accord remarquable avec la forme prédite pour un spectre pur de 235U jusqu'à 6,3 MeV, mais des écarts au-delà des incertitudes estimées sont également observés aux énergies les plus élevées. STEREO n'a pas encore exprimé tout son potentiel. Des observables d’étalonnage complémentaire sont à l'étude pour réduire encore les incertitudes sur la forme du spectre et STEREO devrait collecter autant de neutrinos que ceux déjà acquis d'ici la mi-2020 !

 

RAA ALL STEREO

Figure 2 : Rapport entre le taux de neutrinos mesuré par STEREO et le taux attendu (point bleu). Ce nouveau résultat est en bon accord avec l'ensemble des mesures effectuées sur des réacteurs fonctionnant avec un combustible nucléaire fortement enrichi en 235U (points noirs et moyenne pourpre). La nouvelle moyenne mondiale, incluant le résultat STEREO est indiquée en rouge. Une extraction du taux de neutrinos de l’ 235U obtenu indépendamment à partir des mesures des expériences Daya-Bay et Reno réalisées auprès de réacteurs commerciaux fonctionnant avec un combustible mixte est présentée à des fins de comparaison (point vert).

STEREOspectrum 20190317

Figure 3 : Spectre neutrino mesuré par STEREO (points noirs) comparé à la prédiction normalisée (ligne jaune, l'intégrale du spectre prédit est égale à l’intégrale du spectre mesuré).

STEREO est une expérience franco-allemande conçue et exploitée par une équipe de scientifiques de l'Irfu-CEA à Saclay, de l'Institut Laue-Langevin à Grenoble, du Laboratoire de physique des particules d'Annecy (LAPP), du Laboratoire de physique subatomique et cosmologique de Grenoble (LPSC) et du Max-Planck Institute für Kernphysik à Heidelberg, Allemagne (MPIK).

Le Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (LPSC, Université Grenoble Alpes/ CNRS/ Grenoble INP/ LPSC-IN2P3) est particulièrement impliqués dans cette expérience depuis sa conception. Le LPSC a été chargé de la protection du détecteur vis à vis des bruits de fond (détecteur de muons, blindages mu-métal et polyéthylène), de l’électronique d’acquisition de données et du système d’étalonnage avec LED du détecteur. Les physiciens du LPSC assurent l’essentiel de la responsabilités de la prise de données : depuis la coordination de la prise de données, l’expertise de l’acquisition, le transfert des données au CCIN2P3, l’expertise du software STEREO. Ils ont aussi une contribution majeure dans l’analyse des données : sélection du signal et interprétation statistique en terme d’oscillation et poursuivent leurs efforts afin d’améliorer encore la précision de la mesure.

Pour en sovoir plus: lien vers la présentation faite par Laura Bernard, doctorante au LPSC, lors de la session Electroweak des 54ème Rencontres de Moriond le 19 mars 2019.

Contact : Anne Stutz

La première édition de la conférence internationale "Observing the mm Universe with the NIKA2 camera" se tiendra au LPSC du 3 au 7 juin 2019.

Cette conférence est consacrée à l'exploitation scientifique de la caméra NIKA2 au télescope de 30 m de l'IRAM.

MMUniverse flyer

 

Les sujets couverts par la conférence incluent tous les sujets liés à NIKA2 :

- Cosmologie avec des amas de galaxies

- Physique des amas de galaxies (SZ, X, visible)

- Synergie avec Planck, Euclid, LSST, ...

- Instrumentation

- ...

La conférence mm Universe est gratuite. Toutefois, la préinscription est obligatoire.

Date limite d'inscription et de soumission des résumés :  4 mai.

Les actes seront publiés dans : European Physical Journal Web of Conferences.

La conférence mm Universe est financée par l'ANR NIKA2Sky, le labex Focus et le LPSC

Plus d'informations : https://lpsc-indico.in2p3.fr/Indico/event/1765/

Contact : Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. &  Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.