Présentation générale du laboratoire

Le laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC) est une Unité Mixte de Recherche (UMR) créé en 2005. L’APC rassemble environ 75 chercheurs permanents, et une cinquantaine d’ingénieurs, techniciens et administratifs. En incluant les personnels non permanents (doctorants, boursiers postdoctoraux, visiteurs étrangers), ce sont quelques 200 personnes qui forment cette structure, pilotée outre l'Université de Paris (UP), par le CNRS (représenté par trois de ses Instituts : principalement l’IN2P3, mais aussi l’INSU et l’INP), le CEA (DSM/IRFU) et l'Observatoire de Paris, et le CNES.

Le laboratoire est centré autour de quatre thématiques principales :

Cosmologie : l'objectif de la cosmologie est de comprendre l'histoire et la structure de l'Univers, dans lesquelles la gravitation joue un rôle important. La compréhension de l'univers primordial, l'étude du fond cosmologique micro-onde, l'identification de l'énergie noire sont certains des aspects des recherches menées dans le laboratoire, fortement impliqué dans la mission spatiale Planck et les expériences Qubic en Argentine et POLARBEAR au Chili, dans les observations à grand champ permettant de mieux appréhender l’énergie noire (le relevé grand champ BOSS , le télescope LSST et la mission spatiale Euclid).

Gravitation : Avec les premières détections de LIGO et Virgo, l'astronomie gravitationnelle est devenu une réalité. Ce nouveau domaine de l'astronomie va se développer dans la prochaine décennie avec les détecteurs au sol de seconde génération, en particulier Advanced Virgo (et ses améliorations futures) et de troisième génération, avec le projet européen Einstein Telescope, ainsi que dans l'espace avec la mission LISA pilotée par l'ESA. Les membres du groupe Gravitation jouent un rôle important dans le développement de chacun de ces instruments, aussi bien au niveau instrumental que dans l'exploitation des données scientifiques.

Astrophysique de haute énergie : les phénomènes violents dans l'Univers sont étudiés afin de mieux comprendre les processus physiques qui modulent la formation des structures cosmiques. Le laboratoire est fortement impliqué dans l'observation des rayons X (SVOM, ATHENA) et gamma (INTEGRAL, TARANIS, HESS-CTA), des rayons cosmiques de ultra-haute énergie (JEM-EUSO) et des neutrinos (ANTARES-KM3NeT/ARCA).

Neutrinos : ces particules extrêmement légères interagissent très peu avec la matière et sont donc d'irremplaçables messagers des phénomènes qui se passent à des distances cosmiques de nous. L'étude de leurs propriétés est donc importante pour le domaine des astroparticules. Le laboratoire est fortement impliqué dans une identification complète du phénomène d'oscillation (DoubleCHOOZ, DUNE, KM3NeT/ORCA). Des chercheurs du groupe sont également impliqués dans la recherche directe de matière noire avec l’expérience DarkSide.

Outre les activités expérimentales ou observationnelles décrites ci-dessus, les thèmes couverts par le laboratoire sont étudiés par le groupe Théorie. Plus spécifiquement, les recherches des membres du groupe portent sur l’ensemble des aspects théoriques de la cosmologie et des astroparticules , depuis les fondements de la relativité générale et des théories d’unification, telles que la théorie des cordes et des branes, jusqu’à la compréhension des phénomènes d’accélération cosmique, la phénoménologie des particules cosmiques de haute énergie et la physique des neutrinos. Les simulations numériques sont un outil complémentaire d’analyse des phénomènes complexes, que ce soit l’accrétion-éjection autour des objets compacts que la formation des grandes structures cosmologiques.

Le laboratoire a également un programme étendu de collaborations interdisciplinaires, notamment avec les géosciences (muographie, géoneutrinos et neutrinos cosmiques, détecteurs gravitationnels pour la sismométrie) dans le contexte du Laboratoire d’excellence UnivEarthS.

APC entretient des liens étroits avec le Centre de Cosmologie Physique de Paris (PCCP) présidé par George Smoot, prix Nobel 2006 qui développe des actions de recherche, de formation et de diffusion du savoir dans le domaine de la cosmologie.

R&D et analyse des données. Le laboratoire cherche à développer son intervention en amont et en aval des projets d’astroparticules. Une importance particulière est donc accordée à la R&D et à l’analyse des données.

Dans le domaine de la R&D, quelques axes forts sont : la bolométrie dans les domaines millimétrique et submillimétrique, la microélectronique cryogénique, la photodétection (caractérisation de photomultiplicateurs, scintillateurs pour les hautes énergies), la stabilisation laser.

Le traitement des données reçoit aussi une attention particulière au sein du laboratoire. Le laboratoire APC a ouvert en septembre 2010 un centre de traitement des données spatiales, le Centre François Arago, afin de soutenir les missions spatiales nécessitant des traitements de données complexes. Le Centre, étroitement connecté au centre de calcul du CNRS de Lyon (CC-IN2P3), fournit un certain nombre de services à ses utilisateurs, tels que l'accès à des calculateurs, des routines d'analyse, des serveurs de stockage, la distribution de nouveaux logiciels d'analyse et surtout une équipe experte en informatique et la science des données

Services techniques. Les services techniques de l'APC ( mécaniqueélectroniquetechniques expérimentales et informatique) permettent au laboratoire de participer à la conception de nouvelles expériences, au prototypage, au suivi de la construction, au traitement et à l'exploitation des données. Chaque projet du laboratoire se voit attribuer des moyens qui lui permettent de remplir les engagements pris par le laboratoire. Un certain nombre d’équipements lourds sont par ailleurs utilisés par les équipes du laboratoire ou certaines équipes extérieures: salles blanches (optique, intégration système), centre d’usinage, simulateur spatial, salle de test d’électronique bas bruit, basses fréquences, laboratoire photodétection.

Le laboratoire APC intervient en particulier dans un certain nombre de missions spatiales (50% des ses forces techniques y sont dédiées). Ceci impose par ailleurs une démarche qualité et une attention particulière à la gestion des projets. Au cours des dernières années, le laboratoire a mis en place une cellule qualité et aide aux projets qui assure le suivi de la qualité dans le laboratoire et apporte son soutien aux projets du laboratoire en termes de méthode d’analyse assurance produit. Par ailleurs, l’ensemble des activités spatiales de l’APC contribue au savoir-faire de l'Université de Paris dans ce domaine, compétences qui doivent être réunies au sein d'un pôle spatial regroupant les activités de formation et de recherche relevant du spatial, dans l’ensemble des laboratoires et des UFR de l’Université.

Enseignement et diffusion des connaissances. Le laboratoire est particulièrement attentif à sa mission de diffusion des connaissances : faire connaître les domaines scientifiques abordés, les résultats marquants, mais aussi les réalisations techniques et plus généralement la façon dont le laboratoire vit au jour le jour. L’ensemble des enseignants-chercheurs du laboratoire et certains chercheurs participent aux enseignements de l’Université de Paris. Le laboratoire souhaite aussi faire participer les étudiants à ses diverses activités, à l'occasion de stages (une centaine par an) ou de thèses. Le site web du laboratoire s'adresse à une multiplicité de publics différents : la communauté scientifique, mais aussi le grand public intéressé par les avancées scientifiques et techniques, les étudiants de tout niveau, les professeurs, les journalistes. L’APC a par ailleurs développé un outil interactif, l’Institut Virtuel des Astroparticules ou COSMOVIA, accessible par le web : des conférences ou cours sont accessibles, avec possibilité d’interagir en direct ou de consulter la base de données.

International.
Le laboratoire APC est finalement impliqué dans un réseau important de collaborations internationales :
- des expériences situés sur quatre continents
- des missions spatiales en liaison avec les grandes agences spatiales, en particulier le CNES et l'Agence Spatiale Européenne (ESA), mais aussi la NASA et les agences japonaise et chinoise,
- un partenariat privilégié avec les grands laboratoires de physique des astroparticules incluant le Laboratoire International Associé (LIA) avec le KIPAC de Stanford, le centre Pierre Binetruy un International Research Lab (IRL) en association avec l'université de Berkeley, le LIA ALFA en Argentine, le LIA LEPLB avec Kurchatov et des collaborations avec le Kavli-IPMU au Japon

Ceci se traduit par de riches programmes de rencontres et d'échange comme le cycle annuel de conférences « Cosmological Frontiers in Fundmental Physics » avec le Perimeter Institute (Waterloo, Canada) et les Instituts Solvay (Bruxelles), ou la participation au programme de doctorat international IDAPP avec un ensemble d'universités italiennes.