Laboratoire de Physique Nucléaire et des Hautes Energies – LPNHE
UMR 7585 – Faculté des Sciences et Ingénierie
Le LPNHE est une Unité Mixte de Recherche (UMR 7585) de l’Institut National de Physique Nucléaire et de Physique de Particules (IN2P3), institut du CNRS et des universités Sorbonne Université et Université Paris Cité. Il mène une recherche de pointe dans le domaine de la physique des deux infinis, de l’infiniment grand (cosmologie, astroparticules) à l’infiniment petit (physique des particules élémentaires, symétries fondamentales).
L’unité est organisée autour de projets de recherche, soutenue par des services administratifs et techniques, et construite selon quatre axes : Cosmologie et énergie noire, Rayonnement cosmique et matière noire, Asymétrie matière – antimatière, Masses et interactions fondamentales. Ses programmes de recherche s’inscrivent dans le cadre de collaborations internationales de premier plan, mondialement reconnues.
L’équipe Cosmologie et énergie noire participe à un ensemble d’expériences visant à mieux comprendre l’univers et son évolution : le télescope LSST, à l’observatoire Vera-C.-Rubin, conçu pour une étude approfondie du ciel ; le système de calibration photométrique de haute précision StarDICE, qui devrait permettre d’exploiter pleinement les données du LSST ; DESI, un spectrographe qui devrait produire un relevé cosmologique complémentaire à celui du LSST. L’unité est également impliquée dans l’observatoire ZTF-II, qui pourrait fournir des contraintes cosmologiques supplémentaires via l’observation de l’univers proche.
Rayonnement cosmique et matière noire : après une série d’importantes découvertes avec le télescope HESS, une collaboration internationale majeure travaille sur la construction du CTA. L’équipe RCMN participe pleinement au fonctionnement de HESS, à la construction du CTA et à la conception du réseau GRAND qui détectera les neutrinos cosmiques d’ultra haute énergie. Un autre axe de recherche concerne la recherche directe de matière noire. L’équipe participe à trois expériences dédiées à la recherche de WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) : DAMIC, qui utilise des CCD, et deux expériences basées sur les liquides nobles, l’argon pour DarkSide et le xénon pour XENON.
L’équipe Asymétrie matière – antimatière est engagée dans les mesures de précision de l’expérience LHCb dans le domaine de la physique des saveurs lourdes. Une partie de l’équipe participe également à une expérience en préparation au Japon, COMET : l’objectif est d’étudier la conversion en électrons de muons issus d’un faisceau très intense, ce qui correspondrait à la non-conservation du nombre leptonique. L’équipe s’implique également dans la recherche de techniques d’intelligence artificielle. Une partie de ses membres poursuit avec succès l’étude des oscillations des neutrinos dans le cadre de l’expérience T2K. Une refonte majeure de l’un des détecteurs de l’expérience est en préparation, ainsi qu’une contribution à la nouvelle génération de l’expérience Hyper-Kamiokande (HK).
Masses et interactions fondamentales : les mesures du détecteur ATLAS se poursuivent et continuent à affiner notre connaissance du Modèle Standard et de ses interactions. L’équipe participe à ces mesures, ainsi qu’à une amélioration majeure du détecteur ATLAS visant à le préparer pour la nouvelle phase à haute luminosité du LHC, dont la collecte de données devrait se poursuivre jusqu’à la fin des années 2030. En parallèle, l’équipe se concentre sur les futurs collisionneurs. La poursuite de CALICE R&D dans le domaine des détecteurs de haute technologie s’accompagne désormais d’études sur le potentiel du futur collisionneur du CERN pour la physique : le “Future Circular Collider” (FCC), qui devrait atteindre 100 km de long et se situera à la frontière franco-suisse.
L’un des atouts majeurs de l’unité réside dans sa capacité à construire des systèmes de détection de pointe. Cette compétence est soutenue par les services techniques, qui couvrent trois domaines d’activité principaux : l’électronique (16 personnes), l’informatique (13 personnes) et la mécanique (7 personnes). Cela permet aux équipes scientifiques de contribuer significativement aux expériences, depuis les explorations préliminaires jusqu’au stade de construction et de validation des systèmes de détection. Parmi les réalisations récentes des services techniques, on peut citer la conception et la production de cartes électroniques pour CTA et T2K, ainsi que la caractérisation de capteurs CCD pour le plan focal du LSST et le développement d’une chaîne de lecture à très bas niveau de bruit pour DAMIC-M.
