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Conclusions du conseil scientifique du 30 mars 2004

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Membres présents :
Monique Bex, Michel Baubilier, Philippe Chomaz, Maryvonne De Jesus, Jacques Dumarchez, Lydia Iconomidou-Fayard, Daniel Froidevaux, Sydney Galès, Amel Korichi, James Rich, Sylvie Rosier, Angelo Scribano, Jean-Pierre Thibaud, Wolfgang Trautmann, Marc Winter

Membres excusés :
Pierre Salati

Assistaient à la session fermée :
Michel Spiro, Stavros Katsanevas, François Le Diberder, Daniel Guerreau, Éric Suraud et Marcel Lieuvin

Étaient invités comme rapporteurs :
D. Breton, F. Bobisut, F. Gianotti, K. Hubner, J. Pouthas, J.-P. Repellin, D. Warner.

Secrétaires scientifiques :
Michel Baubilier, Maryvonne De Jesus, Amel Korichi

 

Ordre du jour

 

 

Relevé de conclusions

 

1. Approbation

Le relevé de conclusions du Conseil Scientifique de juin 2003 est approuvé.

 

2. La situation du CMS (rapporteurs : F. Gianotti [Atlas, Cern] et D. Breton [LAL/IN2P3])

Les rapporteurs font le point sur la participation française dans l’expérience CMS.
L’effectif total des personnes travaillant à CMS se répartit ainsi : 20 chercheurs ; 39 ingénieurs, 11 AI & T et 5 thésards.
Le budget de construction est de 5Meuros pour le ECAL et 4.8 pour le Trajectographe, respectivement 7 % et 10 % des coûts totaux.

  • Le calorimètre ECAL

Le calorimètre à cristaux est l’une des spécificités de CMS et a l’ambition de mesurer l’énergie électromagnétique avec une excellente précision. Sur les 36 "super modules" de la partie barrel,12 sont assemblés et l’on dispose de cristaux pour deux autres. La firme Russe produisant les cristaux a arrêté sa production. Des investigations sont menées pour diversifier la production de cristaux en direction de la Chine. Il semble néanmoins probable que CMS démarrera sans bouchons électromagnétiques ce qui hypothèque sérieusement, pour les premières années, la recherche du Higgs en deux gamma. Le planning d’installation prévoit de mettre en place un premier demi barrel en décembre 2005 et l’autre entre mai et décembre 2006.
À cause du retard, le programme test-beam est fortement réduit, donc l’accent est mis sur les tests de calibrations dans les laboratoires. Il pourrait en résulter une dispersion initiale de 4 %, alors que le but final est inférieur à 1 %. Un système laser permettra de suivre les variations de réponse avec le temps au niveau de quelques pour mille. Il est clair que de gros efforts devront être accomplis pour parvenir à l’objectif final.
Activités techniques des groupes français : hormis la production des structures alvéolaires pour tenir les cristaux, elles sont concentrées principalement sur l’électronique :

  • IPN Lyon : Fabrication et tests des 63000 capsules APD ; conception du banc de test des 100000 ASIC MPGA ; conception, production et tests des 200000 ASIC "buffer" ; banc de test des 13000 cartes VFE.
  • LLR : Suivi de production des 6120 structures alvéolaires pour les cristaux ; validation de la partie TPG (Trigger Primitive Generator) des circuits FENIX ; production et tests des 2500 cartes FE du Barrel (celle des cartes pour les bouchons n’est pas à l’ordre du jour) ; conception, fabrication et tests des 36 cartes TCC.

La réalisation des bancs de tests automatisés est en soit un travail important et remarquable.

Conclusions et commentaires : Le conseil note que les difficultés rencontrées actuellement sur l’avancement du calorimètre ECAL lié à l’approvisionnement en cristaux ne sont pas imputables aux équipes françaises. Il n’y a pas de soucis (retards, surcoûts) liés aux engagements de l’IN2P3. Le retard des cristaux n’a pas d’impact sur les activités françaises. Cependant la finalisation et la mise en marche des Super Modules au CERN pourraient faire l’objet d’une demande de contribution en termes de techniciens moyennement qualifiés pendant deux ans. Sur le chemin critique se trouvent les bancs de test des cartes VFE et FE et les tests de MGPA avant leur montage.
Le conseil est préoccupé par la réduction des tests sur faisceaux et la conséquence en terme de résolution du calorimètre qui était l’atout majeur de CMS. Le Conseil encourage les groupes IN2P3 à contribuer et pousser l’analyse de données en faisceaux tests, ainsi que sur la stratégie de calibration en général.

  • Le trajectographe

Là aussi les perspectives de production des détecteurs par l’une des firmes, ST Microélectronics, sont préoccupantes sans que la collaboration française doive en être tenue pour responsable. Les contributions de l’IN2P3 sont par ailleurs impressionnantes par leurs qualités et les quantités fournies. On peut constater une bonne synergie entre les équipes des deux laboratoires impliqués : L’IPN Lyon et l’IRES.
Les activités de l’INP Lyon sont les suivantes : montage-collage de 3000 modules de détecteurs ; montages et tests de 41 "pétales" ; assemblage final d’un des deux bouchons du trajectographe ; software du DAQ du trajectographe ; gestion de l’énorme base de données de production des éléments de l’ensemble du trajectographe.
Les activités de l’IRES sont les suivantes : tests de production d’une partie des 25000 wafers des détecteurs ; assurance qualité des 15000 hybrides de lecture ; bonding de 1440 modules ; montage et tests de 41 pétales ; software de configuration et contrôle du front end.
Bien que le planning soit très serré il semble que les groupes français rempliront leurs engagements et que le tracker sera prêt pour l’installation en mai 2006.
Cependant le CS encourage une implication plus directe des physiciens seniors de CMS/IRES à la réalisation des objectifs techniques.

  • Le SOFTWARE et PHYSIQUE

La contribution au Software/Computing couvre différents aspects, de l’infrastructure à la simulation, à la reconstruction et à l’analyse. Ces travaux sont appréciés par la collaboration. On peut simplement remarquer que l’effectif global demeure plutôt insuffisant. En outre si les études de physique sont bien diversifiées, le CS s’inquiète de constater que les canaux concernés ne seront pas accessibles la (les) première(s) année(s) de prises de données. De plus le CS encourage les groupes IN2P3 à s’intégrer dans l’ensemble des groupes software de CMS, en particulier dans les tâches liées à la compréhension des détecteurs. Il est souhaité qu’un noyau de physiciens s’investisse dans la reconstruction des traces.

Recommandations : Le conseil demande à l’IN2P3 de soutenir au mieux ses groupes CMS en particulier en personnel : ingénieurs, techniciens et physiciens. Si les performances et les réalisations en cours sont remarquables les trois années à venir vont être difficiles. Cela n’est pas imputable aux groupes français mais plutôt aux carences du management central de l’expérience. Il faut saluer la reconversion rapide et l’esprit constructif des équipes lors des changements d’options techniques telle FPPAÆMGPA et Micro Gap gaz chamberÆMicrostrip Silicium. Les physiciens doivent se préparer à analyser les données issues d’un détecteur incomplet et insuffisamment calibré : la part des données réelles pour la compréhension du détecteur sera très importante. En outre les canaux de physique étudiés au début devront être choisis en fonction des performances réelles.
Les physiciens CMS/IN2P3 doivent sans retard et avec pragmatisme concevoir et construire cette stratégie imposée par les performances d’un détecteur incomplet durant les premières années. Enfin le conseil estime très important que les physiciens de D0 y soient impliqués.

 

3. Le projet Spiral 2 : objectifs scientifiques et état du design technique rapporteurs : D. Warner et K. Hubner)

Le conseil rappelle que le projet a déjà été présenté en 2001 dans le cadre de l’examen de l’avenir du GANIL et en 2002 en tant que projet mais avec des options techniques qui n’étaient pas finalisées à l’époque.
Depuis plusieurs groupes de travail ont été réunis afin de préciser les objectifs physiques et de ce fait définir les options techniques nécessaires pour répondre aux besoins de la communauté de physique nucléaire impliquée dans le projet.
Les rapporteurs ont fait le point sur la physique avec SPIRAL2 et sur la partie technique relative à l’APD (Avant Projet Détaillé).

  • Objectifs physiques et expériences avec SPIRAL2

Le document détaillé fourni aux membres du conseil fait apparaître différents domaines de physique utilisant diverses méthodes avec :

  • structure et réactions avec les fragments de fission ;
    les noyaux produits par les réactions de fusion-évaporation et faisceaux stables de haute intensité ;
  • les noyaux exotiques à N = Z pour le domaine des interactions fondamentales ;
  • des faisceaux radioactifs légers de haute intensité ;
  • des neutrons de grand flux à haute énergie et applications ;
  • les faisceaux LINAG (Low energy high Intensity linear Accelerator at Ganil ) appliqués hors du domaine de la physique nucléaire.

La physique utilisant les fragments de fission est centrée sur les mesures de plusieurs observables nucléaires nécessaires pour contraindre les modèles nucléaires. Plusieurs exemples d’expériences clefs sont mentionnés dans le rapport. Il s’agit, d’une part des expériences sans post-accélération avec la méthode ISOL (Isotope Separation On Line) pour les mesures de masse, temps de vie et moment électromagnétique. Cette physique requiert des faisceaux purs de basse énergie et des installations spécifiques dans un hall expérimental plus grand que celui de LIRAT.
En ce qui concerne les expériences après post-accélération, SPIRAL2 permettra de réaliser des mesures en utilisant l’excitation Coulombienne pour accéder directement aux propriétés collectives des noyaux exotiques riches en neutrons et en utilisant les détecteurs de grande efficacité et granularité tels que EXOGAM aujourd’hui et AGATA demain. Des expériences utilisant des réactions de transfert d’un ou deux nucléons sont mentionnées pour les noyaux riches en neutrons où l’on s’attend à des distributions de densité nucléaire différentes. Ceci en vue d’explorer dans les régions de masse autour de A = 80 et 130 les modifications de la structure en couches et la formation de peaux de neutrons. Par ailleurs, les hautes intensités (106 à10pps) de faisceaux riches en neutrons permettront de poursuivre des recherches sur les formes nucléaires extrêmes (noyaux super déformés autour du noyau 208Pb) mais également de synthétiser des éléments super lourds très riches en neutrons (Z ~ 104, N = 164).
Pour ces domaines de physique, SPIRAL2 sera une installation unique au monde.
La physique utilisant les réactions de fusion-évaporation avec des faisceaux stables de hautes intensités (I > 1mA) est présentée. La synthèse de nouveaux éléments N = Z au-dessus du noyau 100Sn et dans la région des noyaux super lourds (Z = 112) sera possible. Des expériences précises de spectroscopie gamma permettant de cerner et quantifier les effets de couches dans les noyaux super lourds sont décrites.
Enfin des expériences utilisant les neutrons de haut flux et haute énergie sont mentionnées. Elles sont essentiellement dédiées à des applications dans le cas d’irradiation des matériaux dans le cadre des projets ITER et DEMO par exemple. L’utilisation de neutrons pulsés est également citée pour des mesures type n-TOF. D’autres applications utilisant les faisceaux stables du LINAG dans le domaine des collisions ion-ion ou le domaine de la matière condensée sont présentées.
Des faisceaux "exotiques" légers de haute intensité (de l’He à l’Ar) permettront aussi d’effectuer des mesures de section efficace pour l’astrophysique nucléaire et d’étudier le phénomène de clustering dans les noyaux par exemple.
Les faisceaux intenses d’8He et/ou de 18Ne pourraient être une source de neutrinos pour des compléments de mesures dans les domaines de physique des particules et d’astrophysique.
Ce programme ambitieux implique des contraintes particulières et parfois conflictuelles au niveau du design de la machine. Un travail particulièrement laborieux a été nécessaire pour définir les meilleures spécifications répondant aux objectifs cités plus haut.

  • État d’avancement du projet technique

Le rapporteur a présenté son analyse en se basant sur les informations suivantes :

  • Planning prévisionnel révisé (mars 2004)
  • État d’avancement du projet (mars 2004)
  • Dossier d’options de sûreté (mars 2004)
  • Reports to the Technical Advisory Committee (décembre 2003)
  • Intermediate report on SPIRAL2 (décembre 2003)
  • Reports to Technical Advisory Committee (juin 2003)
  • Contacts avec le responsable du projet

SPIRAL 2 fournira des faisceaux radioactifs de haute intensité par la méthode ISOL à travers un convertisseur ou par irradiation directe. Il est envisagé de faire fissionner une cible d’uranium par un faisceau (driver) qui est maintenant choisi pour produire dans la cible jusqu’à 1014 fissions/s puis accélérer les produits de fission, d’abord par le cyclotron existant CIME jusqu’aux énergies de la barrière Coulombienne (5 - 7 MeV/n). Les aires expérimentales nécessaires suivantes pourront être alimentées assurant ainsi plusieurs expériences en parallèle (2 à 4) :

  • Sans post-accélération, les faisceaux seront transportés au hall LIRAT agrandi.
  • Après post-accélération dans CIME, les faisceaux secondaires seront transportés aux aires existantes du GANIL.
  • Une nouvelle ligne de transfert permettra de délivrer du faisceau à la sortie de CIME dans les salles G1/G2 existantes.
  • Une nouvelle aire expérimentale devra être construite pour la physique utilisant les ions lourds produits en vol par le LINAG .
  • Si l’utilisation des neutrons dans des études de matériaux pour les futures machines de fusion s’avère réalisable, il faudra aussi envisager une autre salle pour l’installation des neutrons pulsés incluant un hall abritant une ligne de 10 m dédiée aux expériences de type n-TOF.

La liste des spécifications du driver est mentionnée ci-dessous.
Un driver donnant des deutons jusqu’à 40 MeV avec des intensités variant entre 1 et 5 mA, et des ions lourds stables intenses (1 mA) optimisé en énergie à 14 MeV/u avec un rapport masse-charge A/q = 3. L’option d’avoir des faisceaux d’ions plus lourds avec A/q = 6 est aussi mentionnée.

En résumé les rapporteurs ont successivement souligné :
L’importance du développement des sources d’ions (au moins deux au démarrage) et la nécessité d’un deuxième ensemble cible source.
Un effort particulier qui doit être fait pour améliorer la pureté des faisceaux secondaires.
Le fait que le projet bénéficierait grandement d’énergies post-accélérées plus élevées en développant des sources 1+, N+. Un post-accélérateur du type LINAG jusqu'à des énergies finales supérieures à 10 MeV/n pour les masses A = 130 élargirait considérablement la gamme des réactions nucléaires accessibles avec des noyaux lourds riches en neutrons.
Le rapporteur recommande de faire des simulations plus précises concernant les erreurs d’impacts (alignement, gradient et phase) à ce niveau et qui pourraient avoir des conséquences (pertes de faisceaux) en termes de radioprotection.

La production de faisceaux radioactifs à travers le convertisseur, les cibles, les sources d’ions secondaires, séparateurs jusqu’à la post-accélération est très bien avancée au niveau de la pré-conception. Cette partie délicate, où des efforts considérables ont été fournis, nécessite de figer quelques spécifications et de donner des estimations de coûts plus précis. Il est mentionné aussi que la manipulation télécommandée des ensembles "plug" cibles sources nécessite des simulations sophistiquées. Des collaborations sont en cours avec le laboratoire de Triumf à Vancouver qui développe ces "plugs" dans le cadre de son projet ISAC.

Le rapporteur recommande d’établir une étude détaillée et un document de sûreté le plus complet possible compte-tenu de la complexité, du poids et du coût des ensembles de confinement de la radioactivité des ensembles cible source.

En résumé ce projet ambitieux est en très bon état d’avancement, les équipes autour sont très motivées. Cependant, étant donné qu’elles sont réparties entre Grenoble, Orsay, Caen et Saclay, un effort pour nouer une collaboration plus étroite doit être fait. Enfin le planning prévisionnel semble plutôt optimiste au rapporteur.

Recommandations : Le Conseil Scientifique réaffirme, compte tenu l’importance des enjeux internationaux, son soutien à ce projet et apprécie le travail important qui a été fourni par l’ensemble de la communauté des physiciens ainsi par que la coordination du projet. Le conseil recommande vivement de commencer la construction de SPIRAL 2 dès maintenant afin d’éviter tout retard supplémentaire (SPIRAL 2 devait être opérationnel en 2007 mais il ne le sera qu’en 2009 si une décision de construction est prise avant la fin de 2004).
Cette installation sera un outil unique au monde pour la physique utilisant les faisceaux de fragments de fission riches en neutrons et les faisceaux intenses d’ions lourds stables.

 

4. Le projet Double Chooz (rapporteur : F. Bobisut)

Le conseil a entendu les présentations d’un projet de mesure de l’angle de mélange θ13 fondée sur la disparition d’antineutrinos électroniques produits par les réacteurs de Chooz. Ce projet fait l’objet d’une lettre d’intention très détaillée signée par 44 physiciens appartenant à 14 laboratoires français, italiens, allemands et russes.

  • La pertinence scientifique

L’objectif scientifique est tout à fait pertinent dans la mesure ou l’expérience se déroule dans un future assez proche et où comme cela est affirmé les erreurs systématiques sont beaucoup mieux maîtrisées que dans la précédente expérience à Chooz.

  • La pertinence expérimentale

Le planning envisagé semble très court en particulier pour la période des tests qui devrait prendre fin au milieu de 2004. Il ignore les difficultés extra-techniques telles que disponibilités de budget, relation avec la Centrale, environnement et génie civil, etc.

Les rapporteurs notent dans l’avant projet plusieurs points techniques qui méritent des études plus approfondies (stabilité du scintillateur, des PMT, disponibilité dans le temps du scintillateur dopé). Plusieurs points concernant les erreurs systématiques et le bruit de fond doivent être étudiées avant de se prononcer sur la possibilité d’atteindre l’objectif visé. L’ouverture internationale également est peu décrite. Il paraît très important d’élargir la collaboration à d’autres partenaires et de détailler un plan de construction et d’installation avec toutes les tâches clairement partagées par les différents groupes.

Remarques supplémentaires : La position d’EDF vis-à-vis de ce projet doit être parfaitement précisée.

Recommandations : Le conseil reconnaît le grand intérêt scientifique de ce projet. L’ensemble du document écrit est du niveau d’une lettre d’intention et non d’une proposal . La taille de la collaboration ne semble pas avoir atteint la dimension critique compatible avec des objectifs techniques, temporels et financiers garants du succès. Il serait en particulier souhaitable d’abord d’élargir rapidement la collaboration sachant que la France ne financera pas la totalité de l’investissement. Il conviendra ensuite de préciser les contributions en moyens humains et financiers de chacun et de définir une procédure de suivi de projet.
L’ensemble de ces remarques nécessite probablement une réflexion collective suivie d’une nouvelle présentation devant le conseil de l’IN2P3 dans les délais brefs (6 mois) afin d’assurer la compétitivité de la mesure proposée.

 

5. Antares (rapporteurs : J.-P. Repellin et J. Pouthas)

Le projet ANTARES a commencé en 1996 et a été présenté pour la première fois au CS IN2P3 en avril 1999, le conseil avait alors recommandé une participation à l’étape 0,1 km2. La phase de R&D s’est étalée jusqu'à l’été 2003 avec en 2001 la publication d’un TDR. Le coût du projet s’élève à 19,5 Meuros hors fonctionnement et maintenance. Dans ce budget, la participation française (CNRS, CEA, collectivités locales) est prévue à hauteur de 7,3 Meuros dont 5,8 notifiés jusqu’ici.

Les motivations scientifiques du télescope sous-marin ANTARES sont toujours d’étudier les neutrinos dans une gamme d’énergie allant de quelques dizaines de GeV à celle du TeV. Ces neutrinos peuvent avoir différentes origines : les micro-quasars, les noyaux actifs de galaxie, les sources de sursauts gamma, le centre du soleil ou encore le centre de notre galaxie. La détection de neutrinos provenant du soleil ou du centre galactique constituerait un indice fort en faveur d’annihilations de Wimps, particules candidates à la composante non baryonique de matière noire.
Les résultats acquis après les tests de nombreux prototypes apportent une meilleure compréhension de la complexité de cette expérimentation et révèlent l’importance et la variabilité des phénomènes de biologie sous-marine. Des difficultés techniques rencontrées, ont fait glisser le planning initial d’au moins 2 ans laissant à l’expérience concurrente AMANDA une marge d’avance .

Récemment l’effort est mis dans ANTARES sur la compréhension et la résolution des problèmes techniques rencontrés : fuites d’eau, pertes de transmission avec des fibres optiques dans les câbles EMC, dysfonctionnements mineurs dans l’électronique de lecture, et un retard dans la préparation informatique du certainement à un manque de disponibilité des physiciens.

Par conséquent, le planning présenté parait très optimiste quand il annonce 12 lignes opérationnelles en 2006 alors que la première ligne n’est pas encore opérationnelle et que de nombreux tests sont encore nécessaires avant de l’installer définitivement. En outre des inconnues subsistent sur les aspects techniques et financiers liés aux opérations sous-marines et les incertitudes sur l’origine et l’impact de la "bioluminescence", qui peut perturber la prise de données dans une fourchette de 10 à 30 % du temps, ne sont pas levées.
Le conseil a noté les limites des résultats scientifiques d’AMANDA qui n’a pas mis en évidence de source galactique de neutrinos. Cela doit donner à ANTARES une opportunité de résultats avant que le projet concurrent ICECUBE, suite naturelle d’AMANDA au pôle sud, n’entre en fonctionnement.
Il apparaît donc crucial de réussir ANTARES 0,1 km2 avant de passer à un projet européen en méditerranée de la dimension du km3.

Recommandations : Le conseil insiste sur la nécessité de contrôles de qualité systématiques et sur la recherche de redondances. Il faut faire apparaître une meilleure structuration technique du projet avec un planning clair et des revues limitées mais ciblées avant chaque étape clé, éléments qui, pour l’instant, apparaissent faibles. Le CS pense qu’il serait plus efficace de distinguer le rôle de spokesman et de chef de projet de manière à introduire plus de rigueur dans la conduite du dit projet et de permettre une plus grande ouverture vers les laboratoires de la collaboration. Les conditions de collaboration avec l’IFREMER ou l’éventuel recours à d’autres sociétés pour les opérations de déploiement demandent à être éclaircies. Ce sera une condition impérative lorsque se posera la recherche d’une collaboration pour le km3.

 

6. Dates et sujets des prochains CS de l'IN2P3

Après une brève discussion, les sujets suivants sont retenus pour la prochaine réunion du Conseil, qui aura lieu les 12 et 13 juillet : la mesure de la violation de la parité en physique atomique, Planck et la mesure du moment dipolaire du neutron.
De plus le suivi des recommandations du CS concernant JANNUS et ALICE faites en décembre dernier seront également examinés mais en séance fermée uniquement.
Après consultation, l’examen du futur de l’expérience HESS, HESS II a été rajouté au programme du CS de juillet.
La dernière réunion du CS de l’année 2004 est fixée provisoirement au 6 et 7 décembre.
Une réunion extraordinaire commune du CS et du CSD aura lieu en juin 2004 pour débattre d’abord en séance ouverte puis en séance fermée des projets de reforme du système de recherche français, plus particulièrement centrée sur la reforme du CNRS, de la place de notre institut l’IN2P3 et des synergies avec le DAPNIA (DSM/CEA).

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