Un acteur majeur dans la recherche des deux infinis

L’IN2P3 mène ses expérimentations dans trois grands domaines scientifiques :

• la physique des particules et hadronique, qui s’intéresse aux composants les plus élémentaires de la matière (les quarks, les leptons et les bosons) et à leurs interactions
•  la physique et astrophysique nucléaire, qui étudie la structure et la dynamique des noyaux atomiques et apporte ainsi des éléments essentiels au modèle astrophysique de formation des étoiles ainsi qu’à un grand éventail d’applications
•  la physique des astroparticules et la cosmologie, qui observent l’Univers à partir des différents messagers cosmiques (photons, rayons cosmiques, neutrinos, ondes gravitationnelles) et qui tentent d’en comprendre la dynamique et l’évolution depuis ses origines jusqu’à aujourd’hui

Pour cela, l’IN2P3 s’appuie sur d’intenses développements technologiques autour de trois domaines clés :

• les accélérateurs, instruments qui génèrent et accélèrent des faisceaux de particules ou de noyaux atomiques, pour ensuite les entrechoquer où les propulser contre des cibles

•  les détecteurs qui selon leur nature servent à identifier et caractériser (masse, vitesse, énergie, origine) les produits générés par les collisions ou émis par les phénomènes cosmiques

•  le calcul et les données, pour le traitement, le stockage et l’exploitation des énormes flux de données générés par les expériences scientifiques

À la croisée de l’ensemble de ces disciplines scientifiques et celles d’autres sciences, l’IN2P3 mène des projets de recherche interdisciplinaires dans les domaines de l’énergie, de l’environnement et de la santé. Ces travaux se structurent autour de 5 axes principaux :

• les filières et techniques innovantes de production d’énergie nucléaire
•  les techniques nucléaires innovantes pour la santé
•  les radionucléides dans l’environnement
•  la synthèse de noyaux et de matière organique dans l’Univers
•  les techniques nouvelles d’imagerie de la Terre et pour l’archéologie

Des avancées et découvertes majeures pour la connaissance

Depuis sa fondation en 1971, l’IN2P3 a participé aux grandes découvertes de la physique des deux infinis. Parmi les plus récentes, il y a celle du boson de Higgs en juillet 2012, dernier maillon identifié du monde des particules élémentaires, ou encore la première détection directe des ondes gravitationnelles qui signait en février 2016 la naissance d’une nouvelle astronomie des phénomènes les plus intenses de l’univers et l’avènement d’une nouvelle sonde de la matière. Ses scientifiques ont également contribué à la découverte de l’accélération de l’expansion de l’Univers, qui semble liée à une nouvelle forme d’énergie, « l’énergie noire ». Parties prenantes de la mission spatiale Planck, ils et elles ont aussi observé avec une précision jamais atteinte le fond diffus cosmologique, sorte de lumière relique des premiers instants de l’univers. L’institut joue également un rôle important dans la recherche de la matière noire, matière dont on mesure les effets mais qui à ce jour n’a pas été identifiée. Il tire pour cela avantage de ses installations souterraines en Savoie et d’autres laboratoires souterrains à l’étranger. En physique des neutrinos, l’IN2P3 s’est illustré avec des expériences auprès de réacteurs nucléaires, dont la dernière, Double Chooz, a contribué à la mesure du dernier paramètre des oscillations des neutrinos. Avec l’accélérateur du GANIL à Caen, des chercheurs et chercheuses français ont également observé des indications de la production de nouveaux éléments super-lourds.

Structuré pour des recherches de très grande envergure

L’exploration de la physique des deux infinis nécessite des moyens de grande envergure. C’est pourquoi l’institut structure autour de grands projets communs un nombre restreint de laboratoires et de plateformes de recherche spécialisées. Pour financer ses grands instruments de recherche, l’institut reçoit le soutien direct dans le cadre des très grandes infrastructures de recherche (TGIR). Ces investissements étant très souvent au-delà de la portée d’un seul pays, ils passent par le montage de collaborations internationales dans lesquelles les moyens financiers et humains sont partagés ainsi que les compétences et les savoirs mutualisés. Les principales grandes infrastructures actuellement utilisées par l’institut sont :

• le Grand collisionneur de hadrons (LHC) et ses quatre expériences au CERN, ATLAS, CMS, ALICE et LHCb pour la recherche de nouvelle physique, la compréhension de l’asymétrie matière-antimatière et l’étude de la matière noire
•  l’observatoire EGO-Virgo pour améliorer la compréhension de la gravité par l’étude détection des ondes gravitationnelles
•  le Grand accélérateur national d’ions lourds (GANIL), avec ces cyclotrons et son accélérateur linéaire, qui permettent d’explorer les limites de la stabilité des noyaux atomiques et produire des états exotiques de la matière
•  le CC-IN2P3 : un centre de calcul disposant de plusieurs milliers de serveurs et de 340 Pétaoctets de stockage, relié aux principales expériences de physique pour en collecter les données et les garder en accès libre pour les chercheurs et chercheuses.

 Retrouvez ci-dessous la liste complète des grands instruments en fonctionnement et en cours de construction auxquels l’IN2P3 participe.

CNRS Nucléaire & Particules dans le monde

Aperçu des principaux laboratoires partenaires et des projets de recherche internationaux auxquels contribue l'institut.

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Image : Hervé Bouilly pour CNRS Nucléaire & Particules