Conseil scientifique de l`IN2P3 lundi 26 et mardi 27 mars 2007

Conseil scientifique de l'IN2P3
lundi 26 et mardi 27 mars 2007
CNRS – 3 rue Michel-Ange –75016 Paris
Membres présents :
Eric Aubourg, Yorick Blumenfeld, Jean-Claude Brient, Jacques Chauveau, Hugues Delagrange, Daniel
Froidevaux, Mark Huyse, Lydia Iconomidou-Fayard, Elyette Jegham, Olivier Pène, Jean-Loup Puget,
Daniel Treille.
Assistaient à la session fermée :
Le Directeur de l'Institut, Michel Spiro, les Directeurs Adjoints Scientifiques, Sydney Galès, Stavros
Katsanevas, Alex Mueller et Barbara Erazmus, chargée de mission pour la Physique Hadronique et les
Ions Lourds Relativistes, Pascal Dargent, Directeur Adjoint Technique, et Jacques Giner, Coordinateur
des revues de projet.
Les invités comme rapporteurs : Hans Geissel, Erik Heijne,.
Les invités à temps partiel : Jacques Dumarchez (CS du Département), Jean-Eric Campagne pour le
CS de Modane.
Les orateurs de la session ouverte et certains protagonistes des projets correspondants.
Excusés : Fanny Rejmund, Marco Napolitano
Ordre du jour
Séance ouverte, commune avec le CSD :
Informations de M.Spiro
ALTO : S.Essabaa, F.Ibrahim
R&D FAZIA : R.Bougault
DIAM (examiné par le CSD) : B.Farizon
Open Access Publication : S.Mele
S3 à SPIRAL2 : A.Villari
Séance fermée :
Corrections minutes du CS précédent : D.Autiero (T2K) était partiellement présent à la séance fermée
de novembre.
- examen des sujets de la séance ouverte.
- Suivis de SPIRAL2 (S.Galès), JANNUS (Jacques Giner), T2K, Double Chooz, EGO/VIRGO, BMV
(Stavros Katsanevas).
Les exposés des orateurs de la session ouverte sont disponibles à partir du site EDMS (D.Mailly).
https://edms.in2p3.fr/document/I-009187/1
M.Spiro a présenté quelques faits marquants de 2006 :
1- en Physique des Particules, la compétition potentielle de D0 (CDF) vis-à-vis du LHC, en particulier
pour le Higgs et la Supersymétrie.
en Astroparticules, les beaux résultats de HESS.
en Physique Nucléaire, des avancées importantes concernant les noyaux magiques autour de la
couche N=28 (isotopes du Ca au Si).
2- il a mentionné la contribution exceptionnelle demandée par le CERN à son Conseil, en vue d’un
accroissement de luminosité du LHC et pour CTF3, et le geste spécial proposé par les pays hôtes, qui
pourrait être partiellement en nature.
3- il a esquissé une vision professionnelle de ce que devraient être les projets IN2P3, de la phase 0
d’incubation à la phase 4 de démantèlement, soulignant le rôle du CS à plusieurs étapes. Il est clair que
la phase d’incubation et les actions à prendre à ce niveau méritent réflexion. Le mieux serait de prendre
en considération pour cette réflexion divers exemples de projets pour lesquels les conditions initiales
sont très différentes.
4- il a présenté les budgets pluriannuels des divers secteurs, ainsi que le budget TGE (voir slides). Il va
de soi que les pics de financement correspondant aux projets engagés se déplaceront avec l’arrivée de
nouveaux projets. Il a souligné la forte distribution des projets relevant du Pôle Accélérateur, ainsi que
l’impact de l’EMCAL ALICE sur le budget de la Physique Hadronique.
S3 à SPIRAL2
Le CS a entendu l’exposé de A.Villari et les commentaires de H.Geissel et Y.Blumenfeld en séance
fermée. Il remercie H.Geissel pour sa venue et ses remarques pénétrantes.
S3 est un séparateur/spectromètre pour les faisceaux du LINAG, qui a reçu du SAC de SPIRAL2
une haute priorité. Le CS considère également tout à fait logique d’exploiter de cette manière
l’accélérateur d’ions qui sera le plus intense du monde, car l’intensité des faisceaux est la seule manière
de gagner beaucoup en sensibilité.
La physique est prometteuse, en particulier elle permettra d’étudier, compléter et élargir la carte
des noyaux super-lourds, ainsi que d’autres sujets comme la structure de la drip line autour de l’100Sn et
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la radioactivité à deux protons. Le CS laisse le soin au SAC de SPIRAL2 de synthétiser les 4 LOI qui
concernent S3.
Mais l’exploitation de telles intensités et les sélectivités à obtenir représentent sans aucun doute
des défis expérimentaux majeurs dans la conception et la mise en œuvre de l’ensemble
faisceau/cible/séparateur/détecteurs. Ce travail devra mobiliser une forte communauté et de multiples
expertises, et il est très satisfaisant de constater que cette expertise existe déja dans plusieurs
secteurs, dont cellule à gaz et Penning trap, via Argonne ( ANL).
Le CS pense qu’il faut absolument réaliser un appareillage de ce type, appuie les choix du SAC
et d’ECOS d’en avoir fait une priorité et apprécie que le bâtiment qui doit l’abriter soit inclus dans le plan
initial de SPIRAL2. Le planning préliminaire indiqué qui en décrit la mise en œuvre un an après celle du
LINAG est également satisfaisant.
Cependant il est clair que le dispositif présenté au CS en est encore à un stade schématique. Le
scénario actuel privilégie pour la première partie du séparateur, entre cibles primaire et secondaire, un
filtre de Wien, qui a effectivement de bonnes chances de donner satisfaction. Par contre les flux, la
pureté et les qualités des faisceaux obtenus au niveau de la cible secondaire restent à préciser, ce que
le CS encourage la collaboration à faire, par des simulations, validées autant que possible par des
mesures sur des filtres existants dans d’autres dispositifs. Il n’est pas exclu que les résultats conduisent
à une conception du second étage de séparation très élaborée.
Le CS approuve la priorité donnée à l’injecteur et au RFQ
A/Q =3, mais rappelle que pour gagner en intensité pour A>80 la version A/Q=6 sera nécessaire.
Vu l’ampleur de la tâche, le CS trouve quelque peu insuffisant le personnel présenté, en particulier
pour mener les études de projet urgentes (3 ¼ FTE demandés à l’IN2P3 pour 2007-2008) et le R&D, et
encourage vivement la Collaboration, avec l’aide de la Direction, à se renforcer d’équipes et
d’expertises nouvelles. Il lui demande également de chercher d’autres sources de financement en
dehors de l’IN2P3.
En bref le CS encourage la collaboration à poursuivre ses études et souhaite en entendre
davantage à l’échelle d’une année.
R/D FAZIA
Le CS a entendu l’exposé de R.Bougault et le rapport détaillé de E.Heijne.
FAZIA est un détecteur particulièrement ambitieux et novateur, s’inscrivant dans la suite
d’INDRA, visant à identifier Z et A, jusqu’à des valeurs élevées et sur la totalité de l’angle solide, et
devant être installé sur les grandes machines à venir comme SPIRAL2 et EURISOL.
Les sujets de physique, thermodynamique de la matière nucléaire excitée, n’ont pas été discutés
à ce stade de R&D, mais la collaboration est encouragée à revenir en temps voulu avec des scénarios
de physique et une liste des groupes intéressés.
Le sujet considéré par le CS concerne la phase 2 de R&D, dite du prototype array, suite au
résultats de la Phase 1, et visant à obtenir une trentaine de modules de détecteurs. Le CS salue la
démarche sérieuse et prudente de la collaboration, visiblement très compétente et bien conduite. Le
scénario à l’étude comporte des modules détecteurs à trois étages Si-Si-CsI. Le seuil en énergie
d’identification a été abaissé. L’homogénéité du Si est assurée par l’emploi de dopage aux neutrons et la
coupe spéciale du cristal. Le CsI pourrait être lu par le Si qui le précède avec une fenêtre d’entrée
appropriée. La mesure de TOF est disponible. Et surtout la Pulse Shape Analysis (PSA) reste assurée
par une acquisition et un traitement de l’information réalisés de façon totalement digitale avec un
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échantillonage à 2 GHz. L’électronique est à un stade avancé. Le CS néanmoins considère comme
déterminante la confirmation des performances en visualisant une carte d'identification en Z et A
construite à partir de données issues d'une expérience de réaction nucléaire."
Le CS est impressionné par la qualité des résultats obtenus, conduisant en particulier à une
excellente compréhension et à une maîtrise des dangers potentiels du channeling. Il
recommande donc à la Direction l’approbation de la phase2 du R&D.
Cependant le problème de la calibration d’un grand nombre de détecteurs reste ouvert, tant dans
son principe que dans sa mise en œuvre. Continuer le travail de simulation s’impose, mais l’ampleur du
problème est évidemment liée à la stabilité des performances des détecteurs, et ce sera un des
premiers objectifs que de la tester sur l’ensemble d’une trentaine de télescopes. Le CS demande donc
à la collaboration de démontrer les performances prometteuses obtenues avec des prototypes isolés
avec des détecteurs s’approchant autant que possible de ceux qui seraient obtenus par une fabrication
en série pour l’expérience complète (wafers différents, fabricants différents, etc).
Un autre détecteur à l’étude, GASPARD, poursuit des objectifs similaires. La synergie entre les
R&D des deux détecteurs est vivement encouragée.
En parallèle avec ce R&D sur l’ensemble de détecteurs demandés, le CS recommande
également à la collaboration de continuer sa réflexion sur le détecteur FAZIA « asymptotique » et sa
conception optimale, surtout concernant sa partie électronique, où l’intégration pourrait apporter des
améliorations, afin d’en déduire d’éventuelles implications sur les phases de R&D elles mêmes.
ALTO
Le CS a entendu les très bons exposés de S.Essabaa et F.Ibrahim et le rapport de M.Huyse.
Le CS salue le démarrage réussi d’ALTO, à 1% de l’intensité envisagée. Vu le nombre
d’éléments récupérés et remis à neuf, cet ensemble offre évidemment un exceptionnel rapport qualitéprix. Les conditions requises pour le blindage sont assurées. Les taux de production attendus ont été
confirmés. On peut donc espérer que le fonctionnement à l’intensité nominale de dix microampères ait
lieu début 2008. L’opération a conduit à une forte mobilisation du laboratoire. Le pôle Tandem-ALTO
ainsi constitué, fort d’une expertise variée, est un nouvel atout considérable. On vise 5 à 6 lignes de
faisceau.
La physique envisagée, et déja entamée, concernant les faisceaux radioactifs riches en neutrons
et des études au voisinage des noyaux magiques lourds, est intéressante et devra être évaluée par
rapport aux autres possibilités. Par certains aspects le Pôle est complémentaire de ce qui existe
ailleurs. Il ouvre certainement la possibilité de tester de nouvelles techniques expérimentales.
Mais avant tout il offre un banc de test idéal, moyennant un effort de collaboration, pour les cibles
de carbure d’uranium UCx et les sources d’ions. Le CS souhaite vivement que cette activité de R&D
en vue des projets futurs comme SPIRAL2 et EURISOL, qui était l’une des motivations du projet
(voir CS du 14/6/2002), soit maintenue à au moins 50% de l’ensemble des activités du pôle.
Avec S3, le R&D de FAZIA et ALTO, le CS salue le mobilisation de la communauté de Physique
Nucléaire, largement centrée sur le projet phare de la Physique Nucléaire IN2P3 qu’est SPIRAL2.
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EMCAL d’ALICE
Il s’agit d’une demande de participation de l’IN2P3 au Calorimètre EM d’ALICE, initiative
américaine dont l’approbation semble en bonne voie aux USA. Le LHCC a recommandé une
approbation générale de son Technical Proposal, avec quelques réserves sur les études de
performance, qui doivent être étayées avant la soumission du TDR en juin 2007. Entre autres, une
comparaison avec les performances d’ATLAS et CMS a été demandée. Les études faites pour le CS
IN2P3 vont dans ce sens.
La physique porte avant tout sur le thème du jet quenching, prévu de longue date et mis en
évidence à RHIC. Cet effet est interprété comme dû à la perte d’énergie non-abélienne des partons
durs dans la matière nucléaire. Quelques aspects restent incompris, comme la forte perte d’énergie des
quarks lourds. Le jet quenching conduit à un réarrangement du jet, avec suppression des particules à
grand pt et accroissement du nombre de particules de faible impulsion, nécessitant donc de tout
mesurer et identifier jusqu’aux basses impulsions.
Le CS est convaincu qu’ALICE par la qualité de son trajectographe, en particulier aux
basses impulsions, possède plus de chances qu’ATLAS et CMS d’y parvenir. Le CS est
également convaincu du fort gain qu’apportera l’EMCAL au niveau du déclenchement sur les
jets, quoique la stratégie exacte, entre le choix d’un cône étroit pour minimiser le fond et la grande taille
du jet, reste à définir plus précisément.
Cependant des doutes subsistent quant aux performances exactes à attendre, liées aux taux
d’événements intéressants (Z-jet inaccessible, gamma-jet marginal), au bruit de fond de l’événement
sous-jacent à grand ξ (faibles pt) et à l’acceptance réduite de l’EMCAL comparée à la « taille » des jets
quenchés. Les mesures que seul ALICE serait en mesure de faire à grand ξ dépendent en particulier de
manière critique de la systématique (postulée comme étant de 0.2% dans les études soumises au CS)
sur la soustraction du bruit de fond qui est au moins 100 fois plus important que le signal.
Côté hardware, la participation IN2P3, outre le trigger, concerne essentiellement la mécanique,
l’assemblage des deux tiers des supermodules et leur introduction dans ALICE, qui peut être délicate.
Les postes de responsabilités attribués à l’IN2P3 dans le projet sont satisfaisants. La gestion technique
et la maîtrise d’œuvre du projet mécanique est de très bonne qualité et très avancée dans la plupart des
domaines. Il serait bon toutefois d’achever de lever le flou sur divers aspects : répartition des tâches
(entre France et US notamment), marges, évaluation des coûts consolidés, etc.
On ne relève pas de défi majeur dans la conception du détecteur, dont on n’exige pas de
performance exceptionnelle. Les APD et l’électronique sont largement reprises de PHOS, mais avec un
shaping bien plus court pour minimiser le fond de neutrons. Le planning présenté semble par contre
extrêmement serré.
Ce gros travail de construction n’a évidemment de sens que si les équipes s’impliquent fortement
dans la physique, d’une part dans les études prospectives restant à faire, concernant par exemple le
marquage des saveurs lourdes, d’autre part dans la préparation de l’analyse, sans rien retirer aux
secteurs sur lesquels elles sont déjà engagées (bras dimuon, etc). De même il est vital de renforcer la
collaboration avec les théoriciens du secteur.
L’étude du jet quenching au LHC est un travail intéressant et de longue haleine. La suite du
projet EMCAL dépend évidemment de décisions ultérieures du DOE et du LHCC concernant le TDR à
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venir. Si ces décisions sont positives, le CS recommande que le projet soit soutenu, en laissant à
la Direction la latitude dont elle aura besoin dans sa conduite et son financement.
Suivis :
J.Giner
Jacques Giner a présenté un suivi de JANNUS (voir CS du 10/3/06). La revue de « fin de
définition » a eu lieu en février 06 et la dernière en décembre 06. Le projet, de 5ME de 2003 à 2007,
mené sur deux sites, a généralement bien progressé. L’enjeu est celui de la précision de l’ensemble
faisceau/porte-objet/microscope et la validation des procédures. On note toutefois un retard de 9 mois
et un manque de budget de 500kE pour le site de Saclay dont le groupe a été sous-critique. Un
problème concernant l’érosion des équipes techniques du CSNSM a été également souligné.
Jacques a également proposé les grandes lignes d’une étude systématique des « retours
d’expériences ». Il a été suggéré de commencer par celles de RHIC.
S.Galès
SPIRAL
Suite aux demandes des utilisateurs et en accord avec les recommandations d’un précédent CS, le
développement des sources d’alcalins a été mis en première priorité, l’augmentation des intensités en
seconde.
SPIRAL2
LINAG et zones expérimentales : la construction est démarrée.
RIB et adaptation de GANIL : les plans seront finalisés vers la fin 2007.
Complémentarité de SPIRAL2 et REX ISOLDE :
Suite à un meeting récent sur l’articulation des deux projets, un document de stratégie commun aux
deux installations est en cours de rédaction.
En bref, jusqu’en 2013 les deux projets doivent être menés en parallèle, chacun ayant besoin de l’autre.
Vers 2013 il faudra décider de la suite, c’est-à-dire de l’emplacement d’EURISOL.
S.Galès rappelle que le coût des détecteurs de SPIRAL2 n’est pas inclus dans le budget. Des 19 LOI,
on devrait retenir 6 ou 7 instruments de base. Outre ceux déjà présentés au CS, on peut citer
GASPARD et PARIS. Typiquement la somme pourrait atteindre 40ME. Les TP sont attendus pour 2008.
Le projet GABRIELA pour DUBNA, déjà financé par l’ANR, devrait être examiné par le CS en juillet.
Stavros Katsanevas
Stavros a donné des nouvelles de :
VIRGO : gain sensible récent aux fréquences basses (facteur 10 à 100 Hz). Run commun avec
LIGO le 15 mai, pour 4 ou 5 mois.
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T2K : la collaboration européenne se précise. Le problème technique du transport de l’aimant est en
voie de solution, mais la question financière demeure. Un certain retard sur la zone proche est annoncé.
Le projet 2km doit être examiné par la collaboration en mai. Le LAL a manifesté son intérêt de participer
sur le plan électronique à SK. Les Japonais semblent maintenant plus ouverts à des discussions au
sujet de la participation directe à SK. NA49’ aura un run en octobre 2007. La suite de cette expérience
n’est pas encore claire.
Double Chooz :
la collaboration s’étoffe. Par contre le démarrage de l’étude du trou proche tarde. Pour le détecteur
lointain des négociations sont en cours concernant le prix de l’acier du blindage.
BMV :
des résultats de l’expérience de l’aimant pulsé (vérification de PVLAS) sont attendus avant l’été.
Ceux du « mur brillant » au LULI vers septembre.
CODALEMA :
progresse tant sur le site de Nançay qu’en liaison avec AUGER. La compétition avec LOPES est
forte.
Un début d’activité sur les techniques acoustiques de détection de grandes gerbes est mentionné.
Open Access Publications :
Le CS remercie S.Mele pour son exposé très clair et complet. (document disponible). L’IN2P3 est
totalement acquise au projet qui devrait bien fonctionner pour la Physique des Particules. L’important
est de lever les incompréhensions et les doutes d’autres domaines, comme la théorie. Il serait bon de
convaincre également la physique spatiale et des projets comme PLANCK.
EDELWEISS :
L’expérience a demandé à nouveau que sa présentation soit ajournée, faute d’informations
suffisantes.
E.Aubourg, dans un bref rapport sur EDELWEISS, a rappelé l’enjeu du passage à 100 détecteurs.
Actuellement 28 sont installés et froids, dont 4 NbSi dont les résultats sont encourageants. Pour les γ >
100keV, le fond est 1/3 de celui d’EDELWEISS1. Le rapport e/n est propre pour certains bolomètres à
20 keV de seuil. Le principal problème est que les α viennent, non entièrement du cuivre comme on le
supposait, mais également d’une contamination de surface des bolomètres peut-être due à une
exposition au radon. Les avancées techniques, interdigitisation (projet ANR), couches minces pour
traiter les événements de surface, progressent.
Eric a également tracé un rapide tableau de l’ensemble des recherches directes de matière noire et
des compétiteurs d’EDELWEISS. Il sera bon à un prochain CS d’avoir, outre la présentation
d’EDELWEISS 100, une réflexion prospective sur le futur et les voies à suivre vers l’objectif de
détecteurs à l’échelle de la tonne.
Prochain CS : 2-3 juillet
EDELWEISS
EDM
GABRIELA
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SUPERB ?
Le point sur LCG-France
PHENIX, STAR : retour d’expériences ?
CALICE, R&D ILC plus généralement ?
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