Curriculum Vitae - APC - Université Paris Diderot-Paris 7

Création d’un grand laboratoire souterrain européen et installation d’un
détecteur de neutrino moderne pour l’astrophysique du neutrino à basse
énergie, les neutrinos d’accélérateur et la désintégration du proton.
Depuis toujours, la recherche sur les propriétés des neutrinos et l'utilisation des neutrinos pour
étudier les éléments fondamentaux de la matière ont dévoilé de nouvelles lois inattendues de
la nature. Dans la version de base du modèle standard de physique des particules, les
neutrinos sont considérés comme étant sans masse, neutres et de spin ½. Les neutrinos
"gauche" forment un doublet d'isospin électrofaible avec leurs partenaires massifs chargés: les
électrons, muons et taus. Les neutrinos "droit" forment un singulet d'isospin électrofaible .
Aujourd'hui, nous avons une preuve expérimentale forte que les neutrinos ont une masse non
nulle et qu'ils changent de saveur tout en se propageant dans l'espace. Ce phénomène est
appelé oscillation des neutrinos. Ces observations expérimentales impliquent une extension
du modèle standard et pointent vers un formalisme plus général. Aucune autre indication
prouvée expérimentalement pour la physique au delà du modèle standard n'a été trouvée avec
les expériences faites aux accélérateurs LEP, Tevatron et LHC jusqu'à maintenant.
La recherche d'oscillations de neutrinos a été déclenchée par des expériences d'astrophysique
de neutrinos à savoir l'observation des neutrinos provenant du Soleil et, plus tard, de ceux
générés dans l'interaction des rayons cosmiques avec l'atmosphère de la Terre - les neutrinos
atmosphériques. Dans le même temps la spectroscopie des neutrinos solaires permet une bien
meilleure compréhension ainsi q'une description théorique de notre étoile. La détection d'une
poignée de neutrinos d'une supernova en 1987 par les expériences Kamiokande et IMB a
donné une impulsion fondamentale à ce domaine et la vérification des modèles de supernova.
Au cours des dernières décennies, les résultats des expériences sur les neutrinos ont déclenché
une énorme quantité de développements théoriques: les théories au delà du modèle standard
ou tout au moins des extensions de celui-ci, le développement du modèle solaire standard et la
modélisation des explosions de supernovae ainsi que le développement des théories pour
expliquer l'asymétrie matière-antimatière dans l'univers.
Les exemples mentionnés ci-dessus font de la physique des neutrinos l'un des domaines les
plus dynamiques et passionnants de la recherche fondamentale en physique des particules et
en astrophysique. La prochaine génération de détecteurs de neutrinos se penchera sur deux
aspects: propriétés fondamentales des neutrinos, comme la hiérarchie de masse, l'angle de
mélange θ13 et la phase de CP ainsi que l'astronomie des neutrinos de faible énergie au moyen
des neutrinos solaires, atmosphériques et supernova.
La prochaine génération d'observatoires de neutrinos a besoin d'un énorme détecteur à
l'échelle mégatonnes qui à son tour doit être installé dans un nouveau laboratoire souterrain
international, capable d'accueillir un si gros détecteur.
Le contexte international:
Depuis quelques années, les physiciens du monde entier ont commencé à étudier le potentiel
physique et l'infrastructure d'un laboratoire pouvant abriter le détecteur de neutrinos de
prochaine génération. Des groupes de réflexion de haut niveau aux Etats-Unis, Japon et
Communauté Européenne ont déposé leurs rapports et feuilles de route aux agences
gouvernementales. Dans un premier temps une liste des questions les plus fondamentales pour
la physique a été établie. En 2002, l'ACADEMIE NATIONALE DES SCIENCES aux Etats-
Unis a déclaré 11 questions comme exceptionelles dans ce domaine: (1.) Qu'est ce que la
matière noire? (2.) Qu'est ce que l'énergie sombre? (3.) Comment l'univers a t-il commencé?