Présentation générale du laboratoire

Qu’est-ce que l’APC ?

Le domaine des astroparticules est un domaine à l'interface entre l'étude de l'infiniment grand et de l'infiniment petit, entre physique des particules et astrophysique. Le laboratoire APC a été conçu pour rassembler les différentes communautés (expérimentateurs, observateurs et théoriciens) impliquées dans ce domaine. Il a été créé en 2005 à l'occasion de la refondation de l'Université Paris 7 sur le campus de Paris-Rive Gauche. APC rassemble 75 chercheurs permanents, et plus de soixante ingénieurs, techniciens et administratifs. En incluant les personnels non permanents (doctorants, boursiers postdoctoraux), ce sont quelques 200 personnes qui forment cette structure, pilotée outre l'Université Paris Diderot 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.

Thématiques. 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 et POLARBEAR au sol et les observations à grand champ permettant de mieux appréhender l’énergie noire (relevé grand champ BOSS/eBOSS , télescope LSST, mission spatiale EUCLID). En février 2010, George Smoot , prix Nobel 2006, a été recruté par l’Université Paris-Diderot dans le laboratoire APC. APC entretient des contacts étroits avec le Centre de Cosmologie Physique de Paris (PCCP) que George Smoot a entrepris de développer à Paris, pour renforcer les liens entre les équipes parisiennes travaillant en cosmologie, et développer des actions de formation dans ce domaine.

Gravitation : La recherche d'ondes gravitationnelles, tant au sol avec l’interféromètre VIRGO que dans l’espace avec LISAPathfinder préparation de l'interféromètre spatial eLISA, est un autre champ d'étude prioritaire important au laboratoire.

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/ORCA).

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, LBNO/ WA105 and CeSOX). Des chercheurs du groupe sont également impliqués dans la recherche directe de matière noire 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.

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 ( mécanique, électronique, techniques 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, forte de 3 membres, 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, dont le Centre François Arago,  s’insère dans la structure du Campus Spatial de l’Université Paris-Diderot, un pôle 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 Paris Diderot. 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 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,

- des accords de collaboration avec les grands laboratoires d’astroparticules : un Laboratoire International Associé (LIA) avec le KIPAC de Stanford, un LIA avec Kurchatov et des collaborations en formation avec le Kavli-IPMU au Japon, l’Argentine

- un programme annuel de conférences « Cosmological Frontiers in Fundmental Physics » avec le Perimeter Institute (Waterloo, Canada) et les Instituts Solvay (Bruxelles), la participation au programme de doctorat international IDAPP avec plusieurs universités italiennes…