le progr bammelanc - CNRS - DGDR...Le projet vise à utiliser un ensemble de méthodes locales, optiques et acoustiques, couplées à des modélisations mésoscopiques ou atomiques,

U S A Runité support de l’ANR

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Physique (CSD 4)

1

Physique (CSD 4)Matière condensée au delà de l'équilibre :

l'eau, l'hélium liquide et l'hélium solide métastablesSébastien Balibar

Mesures résolues en espace et temps dans des systèmes hors équilibre

Jean-Louis Barrat

FerroElectroMagnétiques pour l’Electronique de Spin

Agnès Barthelemy

Vers une meilleure identification en A et Z des noyaux pour les études de structure

et dynamique nucléairesRémi Bougault

Mélange de gaz quantiques dégénérés à interactions contrôlées : interférométrie atomique

et nouvelles phases quantiquesPhilippe Bouyerle programmeblanc

2

Instabilities of Correlated Electrons : New Emergent Themes

Jean-Pascal Brison

Ultra Low Temperature Instrumentation for Measurements in Astrophysics

Yuri Bunkov

Supraconductivité dans les semi-conducteurs dopés :diamant et systèmes voisins

Etienne Bustarret

Transitions de phase photo-induites : vers la commutation ultra-rapide de matériaux moléculaires

Hervé Cailleau

Réseau Français pour la Turbulence Superfluide

Bernard Castaing

Non-Conservation de la Parité MOLéculaire

Christian Chardonnet

Gaz quantiques et états fortement corrélésJean Dalibard le programmeblanc

3

Empilements statiques et écoulements de surface dans les milieux granulaires,

conséquences pour les transferts sédimentaires naturelsRenaud Delannay

Locomotion du nématode C Elegans : Mécanique, Interaction avec son environnement,

proprioception et biométisme Jean-Marc Di Meglio

Scintillation Cryogénique pour la Matière Sombre

Philippe Di Stefano

Physique au-delà du Modèle Standard: implications pour les collisionneurs

et la cosmologie.Abdelhak Djouadi

Recherche Amont SPIRAL 2

Daniel Gardès

Contrôle des Structures Optiques Dissipatives : molécules solitons, nouveaux solitons

spatio-temporels et applicationsPhillipe Grelu

le programmeblanc

4

le programmeblanc

Champs mésoscopiques non-locaux en électrodynamique quantique en cavité

Serge Haroche

Librairie d’atomes non-spheriques : vers le calcul précis des énergies d’interaction

dans les biomolécules & azolithesChristian Jelsch

Photophysique et photochimie de systèmes moléculaires complexes en phase gazeuse

au Serveur Laser (SELA) de l’Université Paris SudChristophe Jouvet

Spectromètre d'absorption à très haute résolution par transformation de Fourier dans le VUV profond

Denis Joyeux

FemtOragesJérôme Kasparian

QCD, Twisteurs, et le LHCDavid Kosower

Théorie de Cordes et Physique aux Accélérateurs

Costas Kounnas

5

Processus élémentaires de nucléation de l’eau et formation des nuages

Jean-Marc L’Hermite

Une nouvelle fenêtre d’observation en Astronomie et Astroparticules :

CODALEMA, un détecteur d'impulsions radio-électriquesPascal Lautridou

Théories des champs émergentes dans les systèmes désordonnés

et applicationsPierre Le Doussal

Déposition de film par voie liquide en présence de séchage

François Lequeux

Un anneau de stockage pour trier les noyaux exotiques

David Lunney

Accélérateur à Laser-Plasma à 1 GeV

Victor Malkale programmeblanc

6

le programmeblanc

Etats Fondamentaux Originaux dans les Oxydes : de Nouveaux Matériaux

pour une Nouvelle PhysiquePhilippe Mendels

Fixed Field SynchrotronsApplication : Second génération Medical Synchrotron

François Méot

Search for resonance transitions between the neutron quantum states in the gravitational field

Valery Nesvizhevsky

QCD sur réseau : vers des systèmes informatiques spécialisés de très haute performance

Olivier Pène

Source de Positons de Haute Intensité

Patrice Perez

Réalisation de gaz de molécules froides par ralentissementStark de molécules de Rydberg d’un jet supersonique

Pierre Pillet

Dynamo turbulente : expérience VKS

Jean-François Pinton

7

le programmeblanc

European Theoretical Spectroscopy Facility -création du centre français

Lucia Reining

Diffraction et spectroscopie des rayons X synchrotron sous champ magnétique intense

Geert Rikken

Etude et application des nanocavités fonctionnelles induites dans le silicium et le SiO2 par

implantation de gaz rares (He, Xe)Marie-Odile Ruault

Génération et caractérisation d’impulsions attosecondes pour l’étude de dynamiques

atomiques et moléculaires ultrarapidesPascal Salières

Composites biocompatibles à base de nanoparticules fonctionnalisées

par des protéinesJean-Paul Salvetat

Détection de neutrons pour la science,l’industrie, la sécurité et l’espace

Louise Stuttgé

8

Mur de Silicium pour l’Etude des Transfermium par Tagging

Christophe Theisen

Miroirs à Retournement Temporel Electromagnétiques pour les Communications

Arnaud Tourin

Modélisation multi-échelles et techniques micro-spectroscopiques

pour l'étude de la plasticité des verresDamien Vandembroucq

Mesures de précision en interférométrie atomique

Jacques Vigué

Solitons de types nœud et vorton dans la théorie de jauge

Mikhail Volkov

le programmeblanc

blanc

Etude de la matière sous conditions extrêmes, en combinant acoustiqueet mesures optiques sur trois exemples : l’eau, l’hélium liquide et

l’hélium solide. En focalisant des ultrasons, on peut porter la matièredans un état métastable, très au delà de ses frontières habituelles destabilité, plus de 100 bar dans l’hélium et de 1000 bar dans l’eau. Onaccède ainsi aux limites extrêmes de stabilité d’un système pur, endépression ou en surpression. Une expérience de diffusion Brillouin de lalumière au sein de l’onde ultrasonore pourrait permettre de mesurer lavitesse du son locale. Dans l’eau sous forte dépression, l’équation d’étatest toujours controversée. Nous proposons de la déterminer en ajoutant

à la diffusion Brillouin une mesure de la densité grâce à un hydrophoneà fibre optique, puis de la vérifier en mesurant la pression avec unhydrophone piézoélectrique.La même méthode acoustique doit permettre de détendre l’hélium solideen dessous de sa pression de fusion. On pourra suivre la diminutionattendue de l’énergie des lacunes grâce au spectre d’absorptiond’atomes de terres rares (Tm, Er, Yb). La prolifération des lacunes est lemécanisme qui pourrait expliquer la superfluidité du solide quantiquequ’est l’hélium solide, un phénomène très paradoxal découvert en 2004dont on tentera de comprendre l’origine.

Résumé

Matière condensée au-delà de l'équilibre : l'eau, l'hélium liquide et l'hélium

solide métastablesSébastien Balibar

9

Acronyme METAEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 440 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 208

Autres IT : Recrutés : 21

Discipline PhysiqueMots clés • Physique Quantique

• Physique Statistique • Physique non-linéaire• Lasers optique atomes

molécules• Matière condensée en

conditions extrême

Visualisation de défauts dans un échantillon d’hélium solide à 50 millikelvin.

le programme

BALIBAR Sébastien, Laboratoire de Physique Statistique, CNRS - Ecole Normale Supérieure, Paris (UMR 8550 CNRS) - JACQUIER Philippe, Laboratoire Kastler Brossel,CNRS - Ecole Normale Supérieure, Paris (UMR 8552 CNRS)

10

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa diffusion de la lumière au sein d’une impulsion ultrasonore suppose la collection de photons dans des fenêtres temporelles très courtes (100 ns), donc une répétitionpendant de très longs temps pendant lesquels le système doit être extrêmement stable.L’étude de l’hélium solide suppose une combinaison délicate de méthodes optiques, acoustiques et cryogéniques.L’implantation de terres rares dans l’hélium solide suppose l’utilisation d’impulsions laser femtoseconde sous peine de détériorer les cristaux étudiés or le découpage entranches du crédit alloué ne permet pas d’acheter ce matériel coûteux dès le début du projet.

Résultats majeurs• Mise en évidence de la cristallisation acoustique dans l’hélium liquide• Démonstration du rôle du désordre (joints de grains) dans la supersolidité• Mesure de l’énergie des joints de grains dans l’hélium solide• Mesure de l’équation d’état de l’eau à pression négative (publication en cours)• Découverte de deux mécanismes de cavitation différents dans l’eau à pression négative selon le chemin suivi (adiabatique ou isochore) (publication en cours)• Réalisation de l’implantation de terres rares dans l’hélium solide obtention d’hélium solide métastable en dessous de sa pression de fusion.

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ces• R. Ishiguro, F. Caupin and S. Balibar, "Homogeneous nucleation of crystals by an acoustic wave",

Europhys. Lett. 75, 91 (2006).E. Herbert, S. Balibar and F. Caupin, "Cavitation pressure in water", Phys. Rev. E 74, 041603 (2006).S. Sasaki, R. Ishiguro, F. Caupin, H.J. Maris and S. Balibar, "Superfluidity of grain boundaries andsupersolid behavior", Science 313, 1098 (2006).S. Sasaki, F. Caupin and S. Balibar, "Wetting properties of grain boundaries in solid 4He", Phys. Rev. Lett. 99, 205302 (2007).M. Melich, J. Dupont-Roc and P. Jacquier, « Search for Anisotropic Effects of HCP Solid Helium onOptical Lines of Cesium Impurities », J. Low Temp. Phys. 150, 301 (2008). S. Balibar and F. Caupin, « Supersolidity and disorder », J. Phys. Cond. Matt. 20, 173201 (2008).

Invitées •20 communications internationales invitées dont :

S. Balibar, R. Ishiguro, S. Sasaki and F. Caupin, CMD21Dresde (Allemagne) 2006

•S. Balibar, R. Ishiguro, S. Sasaki and F. Caupin, APSMarch meeting, Denver, USA, 2007.

•F. Caupin, E. Herbert , K. Davitt and E. Rolley, Lund,Suède, 2008

•S. Balibar, S. Sasaki and F. Caupin, Stillwater,Minnesota, USA, 2007

•S. Sasaki, F. Caupin and S. Balibar, LT25, Amsterdam,Pays Bas, 2008

Colloques : 41

Production scientifique depuis le début du projet

Le projet vise à utiliser un ensemble de méthodes locales, optiques etacoustiques, couplées à des modélisations mésoscopiques ou atomiques, pour

étudier la nature spatiale et les corrélations temporelles des réarrangements quise produisent à l’échelle microscopique dans des systèmes hors équilibre de type« vitreux ». Les objets d’étude seront essentiellement des fluides complexesdynamique lente, qui peuvent être étudiés aussi bien lorsqu’ils sont enécoulement (systèmes forcés) que lors d’une évolution temporelle sans contrainte(vieillissement).

L’objectif du projet est d’abord fondamental, avec une meilleure compréhensiondes statistiques et de l’organisation qui régissent les fluctuations hors-équilibredans de tels systèmes. La physique statistique utilisée pour décrire les systèmesproches de l’équilibre ne s’applique pas, et de nouveaux concepts doivent êtreintroduits : température effective, statistiques extrêmes…

Résumé

Mesures résolues en espace et temps dans des systèmes hors équilibre

Jean-Louis Barrat

11

Acronyme SLLOCDYNEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 520 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 288

Autres IT : 18Recrutés : 58

Discipline Physique

Mots clés • Systèmes hors équilibre de typevitreux

• Rhéologie• Fluides complexes• Acoustique• Optique

BARRAT Jean-Louis, Laboratoire PMCN,Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS - CILIBERTO Sergio, Laboratoire de Physique de l’ENS Lyon, CNRS - MANNEVILLESébastien, CRPP Bordeaux puis Laboratoire de Physique de l’ENS Lyon, ENS-Lyon - GAY Cyprien, CRPP Bordeaux, CNRS

Ségrégation sous cisaillement en géométrie plan-plan de petites billes fluorescentes dePMMA (30µm, 1%) parmi de grosses billes non fluorescentes de PMMA (200µm,99 %) Visualisation de la fluorescence des objets par nappe laser.

le programmeblanc

12

Verrous scientifiques et technologiques, ou points durs- Difficulté de réalisation pour les expériences initialement prévues de mesures optiques (FRAP, suivi de particules) dans un système sous cisaillement.- Difficultés de réalisation pour la mesure de fluctuations diélectriques locales par AFM.

Résultats majeurs- Étude des écoulements de fluides à seuil (LPMCN, ENSL) : mise en évidence de longueurs caractéristiques par l’étude de l’influence des parois ou de la taille de la sonde.- Étude de la température effective (ENSL) : mise en évidence dans des systèmes vieillissants au point critique. Etudes nouvelles dans la laponite et compréhension des arte-

facts antérieurs.- Modélisation : mise en évidence des mécanismes microscopiques de déformation plastique d’un amorphe (LPMCN).- Instrumentation : Réalisation d’un système multipiège optic pour particules colloïdales.- Mise au point d’un AFM très sensible adapté à la mesure de propriétés diélectriques locales (LPENS).

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ces•“Spatial cooperativity in soft glassy flows”, J. Goyon, A. Colin, G. Ovarlez, A. Ajdari, L.

Bocquet, Nature, 454, 84-87 (2008)•“On the study of local stress rearrangements during quasistatic plastic shear of a model

glass: do local stress components contain enough information?" M. Tsamados, A. Tanguy, JLBarrat Eur. Phys. Journal E 26, 283, 2008

•"Driven activation versus thermal activation", P. Ilg, J-L.Barrat, Europhysics Letters 79,26001 (2007)

•“Influence of boundary conditions on yielding in a soft glassy material” T. Gibaud, C.Barentin, S. Manneville, Phys. Rev. Letters, accepted (Nov. 2008)

•"Surface Roughness-Driven Segregation in a Granular Slurry Under Shear", G.Plantard,H.Saadaoui, P.Snabre and B.Pouligny, Europhys. Lett. 75 (2), 345 (2006)

•“Work and dissipation fluctuations near the stochastic resonance of a colloidal particle”, P.Jop, A. Petrosyan and S. Ciliberto, Europhys. Lett. 81 , 50005 (2008)

Invitées •« Flow in glassy systems » Ecole thématique CNRS et

« European School of Rheology » organisée par JLBarrat et P Coussot en Février 2007 (60 participants,15 conférenciers invités), a accueilli parmi lesconférenciers invités L. Bocquet et S. Manneville

•”Rheology of glassy systems”, Réunion annuelle de lasociété hollandaise de physique (FOM), Veldhoven,Janvier 2008, J-L. Barrat

•“Driven soft matter: non-equilibrium Phenomena inexternal fields”, DPG Annual Meeting, Berlin, Fev.2008, L. Bocquet

•“Convection, size segregation and pore pressure insettling granular Suspensions”, P. Snabre, workshop onrheophysics, 7-8 janvier 2008, ESPCI, Paris

•Work dissipation and fluctuations in non-equilibriumphysics,Bruxelles , mars 2006, S. Ciliberto

•Workshop on Non Equilibrium Phenomena inSupercooled Fluids, Glasses and Amorphous Materials,Pise ( ITALIE ), septembre 2006. S. Ciliberto

Colloques :


Le but de ce projet « FEMMES » (FerroElectroMagnétiques pour l’Electroniquede Spin) était l’élaboration de matériaux multiferroïques, présentant des

propriétés électriques et magnétiques optimisées et potentiellement fortementcouplées entre elles, avec pour objectif de les insérer dans des hétérostructuresafin d’évaluer leur potentiel pour l’électronique de spin. Le multiferroïque idéalest un matériau ferromagnétique et ferroélectrique à température ambiante avecun couplage magnétoélectrique entre les ordres électrique et magnétique. Un telmatériau n’existe pas à l’état massif. Nous avons donc réalisé une étude matériauapprofondie dans le but d’obtenir un tel composé. Pour cela, nous avons cherché

à optimiser les propriétés des multiferroïques massifs par des effets de dopage etde substitutions cationiques, d’autre part nous avons étudié des multiferroïquesartificiels obtenus en combinant à l’échelle atomique des matériauxferroélectriques et des matériaux ferromagnétiques. En parallèle nous avons menéune étude approfondie du seul multiferroïque présentant des températuresd’ordres bien supérieures à température ambiante, le BiFeO3 et sur le composéBiMnO3 qui est le seul ferroélectrique-ferromagnétique afin de déterminer leurpotentiel dans le cadre de l’électronique de spin.

Résumé

FerroElectroMagnétiques pour l’Electronique de Spin

Agnès Barthélémy

13

Acronyme FEMMESEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 150 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 146,4

Autres IT : 24,8Recrutés : 80

Discipline Physique

Mots clés • Multiferroïque• Electronique de spin• Contrôle électrique

d’une aimantation

BARTHÉLÉMY Agnès, Unité Mixte de Physique CNRS/Thales ; Palaiseau - PRELLIER Wilfrid, CRISMAT, CaenCOLSON Dorothée ; CEA Saclay - MOUGIN Alexandra, Laboratoire de Physique des Solides ; Orsay

le programmeblanc

Variation de la taille des domaines ferroélectriques de couches minces de BiFeO3 en fonc-tion de l’épaisseur des films.

14

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursUne difficulté rencontrée a été l’absence de matériau ferroélectrique et ferromagnétique avec un couplage entre ces ordres à température ambiante

Résultats majeurs•Réalisation d’une mémoire à quatre états en tirant profit des caractères ferroélectrique et ferromagnétique du (La,Bi)MnO3 de façon indépendante.•Mesure d’une très grande polarisation ferroélectrique dans le BiFeO3 : ce matériau présente à l’heure actuelle la plus forte polarisation et ne comporte pas de plomb, cequi en fait un matériau ferroélectrique intéressant pour les applications.•Mise en évidence de l’existence d’un couplage entre les ordres électrique et magnétique dans BiFeO3 qui se traduit lors d’une rotation à 71 degrés de la polarisationélectrique par un basculement de l’axe de la cycloïde magnétique.

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s•Gajek et al.; Nature Materials 6, 296 (2007)R. Ranjith et al., Appl. Phys. Lett.91, 222904 (2007)LeBeugle et al. ; Phys. Rev. B 76, 024116 (2007).Lebeugle et al. ; Phys. Rev. Lett. 100, 227602 (2008)Béa et al., Phys.Rev.Lett. 100, 017204 (2008)Catalan et al., Phys.Rev.Lett. 100, 027602 (2008)

Brevet : Un en cours.

Invitées• A. Barthélémy et al.; Joint Conference MMM-Intermag;

Baltimore, janvier 2007A. Barthélémy et al. ; International Symposium onIntegrated Ferroelectrics, Bordeaux mai 2007H. Béa et al. ; MRS Fall Meeting, Boston (USA)Novembre 2007M.Bibes et al.; International Symposium on IntegratedFerroelectrics (ISIF), Singapore, 7-10 june 2008A. Barthélémy et al. MMM Austin, novembre 2008

Colloques : 20


Des prototypes pour un nouveau multi-détecteur, FAZIA, utilisable auprès desfutures installations nucléaires européennes de faisceaux radioactifs (SPIRAL-

2/GANIL et EURISOL) ont été construits et le fruit des tests réalisés a permis dedévelopper de nouveaux concepts d’identification en Masse (A) et Charge (Z) desproduits de réactions nucléaires. Jusqu’alors pour l’identification des ions dequelques MeV à 100 MeV par nucléon les meilleures résolutions étaient obtenuesen utilisant un télescope à deux membres (deux détecteurs). Une particulechargée traversant le premier membre et s’arrêtant dans le second induit deuxinformations (pertes d’énergie) qui, lorsque couplées, permettent l’identification.La principale limitation de cette approche est liée à un compromis entre

l’existence d’un seuil à basse énergie (la particule doit traverser le premiermembre qui donc devra être le plus fin possible) et d’un seuil à haute énergie (lesparticules très énergétiques induisent des signaux très faibles dans le premiermembre qui donc devra être suffisamment épais). La mesure du temps de vol dela particule permet de résoudre le problème mais seulement en partie puisquecela ne permet que l’identification en masse (et non en charge) des particulesstoppées dans le premier membre. L’analyse en forme des signaux a été utiliséeavec succès pour complètement identifier les particules stoppées dans le premiermembre et ainsi améliorer considérablement les seuils d’identification.

Résumé

Vers une meilleure identification en A et Z des noyaux pour les études de structure et

dynamique nucléairesRémi Bougault

15

Acronyme AZ4pi-France Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 274 500 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 127,2

Autres IT : 66 Recrutés : 24

Discipline PhysiqueMots clés •Identification de particules chargées

•Physique Nucléaire•Discrimination par analyse en forme

des signaux numérisés•Détecteurs silicium•Canalisation

BOUGAULT Rémi, Laboratoire de Physique Corpusculaire (Caen) - CNRS/IN2P3 - CHBIHI Abdelouahad, Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (Caen) - CNRS/IN2P3-CEA -LAUTESSE Philippe, Institut de Physique Nucléaire de Lyon (Lyon) - CNRS/IN2P3 - RIVET Marie-France, Institut de Physique Nucléaire d’Orsay (Orsay) - CNRS/IN2P3

Prototypes et électronique associée.

le programmeblanc

16

Verrous scientifiques et technologiques, ou points durs

Résultats majeursNous avons démontré la faisabilité de l’identification en masse et en charge des ions en utilisant un seul détecteur silicium. La méthode est basée sur l’analyse en forme dusignal de courant induit par l’ion lorsque celui-ci est stoppé dans le cristal. Pour ce faire, un préamplificateur de courant a été utilisé et un digitaliseur (ASIC) a été déve-loppé. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque le détecteur silicium est monté en « inverse », ions entrant par le côté champ faible et lorsque le silicium possède uneuniformité en résistivité de l’ordre du pourcent (dopage). Nous avons montré l’importance du mécanisme de canalisation sur la stabilité des signaux et nous avons démon-tré qu’une méthode simple basée sur l’inclinaison du cristal permettait de réduire drastiquement cet effet.

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ces Invitées

• International Workshop on Multifragmentation, Caen,4-7 novembre 2007.

• EURONS/EURISOL Meeting, Helsinki, 17-19 septembre2007.

• SPIRAL2 WEEK, Caen, 26-30 novembre 2007.• Colloque GANIL, Giens, 9-13 juin 2008.• Colloque Franco-Indien, Mumbai, 8-10 juillet 2008.

Colloques : 2


Le projet a pour but d'étudier des gaz quantiques de Fermi et de Boseconfinés dans des structures optiques adaptables. La proposition expérimentale

exploite un gaz de rubidium (87Rb) bosonique piégé dans des structures optiquesnouvelles, utilisant par exemple des sources laser à 1560 nm. D'une part, ledispositif représente une source de gaz quantiques dégénérés pourl’interférométrieatomique. Un nouveau type d’interféromètre atomique «résonant » est étudié pour réaliser une mesure de la gravité terrestre. D'autrepart, à l'aide d'une perturbation spatialement aléatoire ajoutée au potentiel

optique de piégeage, il est possible d'accéder à de nouvelles « phases quantiques» incluant, par exemple, les phénomènes caractéristiques du désordre(localisation d'Anderson, transitions de verre de spin) ou la création de fermionscomposites résultants de l'interaction fermion/boson.

Résumé

Mélange de gaz quantiques dégénérés à interactions contrôlées: interférométrie atomique

et nouvelles phases quantiquesPhilippe Bouyer

17

Acronyme MélaBoFerIAEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 390 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 100


Discipline Physique

Mots clés • Localisation d’Anderson• Bosons et Fermions• Condensat de Bose Einstein• Désordre • Propagation quantique

Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique

le programmeblanc

Laser à atomes guidé par une structure optique.

18

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursVerrous technologiques : utilisation de nouvelles sources laser pour le piégeage et le refroidissement d’atomes. Mise en place d’un système de détection d’atomes ultra sensiblepour observer de très faibles densités d’atomes.Verrous scientifiques : Réalisation d’un désordre contrôlé pour l’étude de la localisation d’Anderson. Contrôle des interactions entre atomes. Analyse théorique du régime delocalisation d’Anderson pour un condensat de Bose-Einstein et analyse de l’effet des interactions.

Résultats majeursObervation pour la première fois de la localisation d’Anderson avec des ondes de matière. Mise en évidence d’un effet de limite de mobilité effectif dans le cas du speckle.Réalisation d’un condensat de Bose-Einstein tout optique à l’aide d’une nouvelle source laserRéalisation d’un nouveau type de gravimètre atomique.Mise en place d’un nouveau type de détection utilisant les déplacements lumineux.Réalisation du premier laser à atomes guidé par une structure optique.

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ces• Clément, D., et al., Suppression of Transport of an Interacting Elongated Bose-Einstein

Condensate in a Random Potential. Phys. Rev. Lett., 2005. 95: p. 170409.• Guerin, W., et al., Guided Quasicontinuous Atom Laser. Phys. Rev. Lett., 2006. 97(20): p.

200402.• anchez-Palencia, L., et al., Anderson Localization of Expanding Bose-Einstein Condensates

in Random Potentials. Physical Review Letters, 2007. 98(21): p. 210401.• Lugan, P., et al., Ultracold Bose Gases in 1D Disorder: From Lifshits Glass to Bose-Einstein

Condensate. Physical Review Letters, 2007. 98(17): p. 170403.• Billy, J., et al., Direct observation of Anderson localization of matter waves in a controlled

disorder. Nature, 2008. 453(7197): p. 891-894.6Brantut, J.P., et al., Light-shift tomography in an optical-dipole trap for neutral atoms.Physical Review A (Atomic, Molecular, and Optical Physics), 2008. 78(3): p. 031401-4.

Invitées •LPHYS'06 2006 • LAP 2006 •ICOLS'07 2007 .•LPHYS'08 •ICAP 2008 2008

Colloques : 20


Ce projet est présenté conjointement par les équipes de 4 laboratoires: CRTBT, ESPCI, LNCMP (CNRS) et le SPSMS (CEA-Grenoble).

L’objectif est d’aborder différentes questions ouvertes dans la physiquedes composés à électrons corrélés en utilisant un large éventail desondes expérimentales. En particulier, nous aborderons les composésproche d’instabilités électroniques, donnant lieu à des transitionsmagnétiques (y compris metamagnétique), des ondes de densité, desordres cachés, et de la supraconductivité non conventionnelle, Aproximité immédiate de telles instabilités, lorsque les corrélationsélectroniques sont fortes, la théorie standard des métaux, connue sous

le nom de liquide de Fermi, échoue. Les systèmes à électrons f serontles premiers candidats de nos études : la famille 115 (CeCoIn5 etCeRhIn5), la famille 122, (CeRh2Si2, CeRu2Si2 et URu2Si2) et lesSkutterudites à base de praséodyme (PrOs4Sb12, PrFe4P12). Nousétudierons des monocristaux de haute qualité, bien caractérisés,synthétisés à Grenoble ou dans d’autres groupes de cristallogenèse aveclesquels nous collaborons continûment.

Résumé

Instabilities of Correlated Electrons : New Emergent Themes

Jean-Pascal Brison

19

Acronyme ICENETEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 450 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 241,2


Discipline PhysiqueMots clés • Systèmes électroniques fortement

corrélés• Supraconductivité• Très basses températures• Forts champs magnétiques• Instabilités électroniques

BRISON Jean-Pascal, CRTBT-CNRS - BEHNIA Kamran, Spectroscopie en lumière Polarisée, ESPCI-CNRS - FLOUQUET Jacques, SPSMS-CEA - PROUST Cyril, LNCMP-CNRS

le programmeblanc

Diagramme URuSi

20

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursPlusieurs développements expérimentaux ambitieux ont été prévus, pour sonder les instabilités électroniques dans des conditions extrêmes de basse température, fort champmagnétique, haute pression. Des progrès très notoires ont été réalisés :- sur les mesures en très fort champ magnétiques (pulsés ou continu) ayant permis l’observation d’oscillations quantiques dans les hauts-Tc ou dans le bismuth ultra pur,- sur les mesures simultanées de pression, dilatation thermique, diffusion neutronique, pour associer les différentes phases d’un diagramme avec les changementsmicroscopiques,- sur les mesures thermiques à très basse température et fort champ magnétique (étude du paramètre d’ordre supraconducteur, des points critiques quantiques…).

Résultats majeurs- Dans les cuprates hauts-Tc, on a réalisé les premières mesures d’oscillations quantiques (LNCMP), qui ont révélé l’existence d’une petite surface d’électrons côté sous-dopé,remettant profondément en cause la description « acceptée » de ces systèmes [1,2].- Dans le bismuth (semi métal), dès 9T (suite à la très faible densité électronique), tous les électrons sont sur le premier niveau de Landau. Nous avons alors détecté (ESPCI)des oscillations quantiques géantes du coefficient de Nernst, dont l’explication reste un défi à la théorie [3]. - Dans URu2Si2, les mesures thermodynamique et résistive, ainsi que de dilatation thermique et diffusion neutronique sous pression ont permis de tracer précisément lediagramme de phase (T,p) et de trouver une signature microscopique de la phase ordre caché (SPSMS) [4,5].- Dans PrOs4Sb12 et CeCoIn5, les mesures de conduction thermique jusqu’à très basse température et sous champ magnétique ont révélé que la supraconductivité de cessystèmes était multigap, établissant le lien entre mécanisme d’appariement et fortes corrélations électroniques (CRTBT) [6].

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ces• Quantum oscillations and the Fermi surface in an underdoped high-Tc superconductor, N.

Doiron-Leyraud, C. Proust, D. LeBoeuf, J. Levallois, J-B. Bonnemaison, R Liang, D. A.Bonn, W. N. Hardy & L. Taillefer, Nature 447 (2007) 565 Electron pockets in the Fermi surface of hole-doped high-Tc superconductors, D. LeBoeuf,N. Doiron-Leyraud, J. Levallois, R. Daou, J.-B. Bonnemaison, N. E. Hussey, L. Balicas, B.J.Ramshaw, R. Liang, D.A. Bonn, W.N. Hardy, S. Adachi, C. Proust and L. Taillefer, Nature450 (2007) 533Signatures of electron fractionalization in bismuth, Kamran Behnia, Luis Balicas & YakovKopelevich, , Science 317, 1729 (2007)Temperature - pressure phase diagram of URu2Si2 from resistivity and ac calorimetry;Hidden order and Fermi surface nesting, E. Hassinger, G. Knebel, K. Izawa, P. Lejay, B.Salce, J. Flouquet, Phys. Rev. B 77, 115117 (2008)Signature of hidden order in the heavy fermion superconductor URu2Si2: Resonance at thewavevector Q0 = (0,0,1), A. Villaume, F. Bourdarot, E. Hassinger, S. Raymond, V.Taufour, D. Aoki, J. Flouquet, Phys. Rev. B 78, 012504 (2008)Multigap superconductivity in the heavy fermion system CeCoIn5, G. Seyfarth, J.P. Brison,G. Knebel, D. Aoki, J. Flouquet, Phys. Rev. Lett. 101, 046401 (2008)

Invitées •Conférence ICM Kyoto 2006 août

Conférence SCES Houston 2007 Skutterudite workshop, Kobe septembre 2007 – JaponMars 2008 March meeting of American Physical Society,Nouvelle-Orleans, Etats-Unis Mars 2008 March meeting of American Physical Society,Nouvelle-Orléans, Etats-Unis.

Colloques : 15


The problem of the missing mass in the Universe constitutes one of the greatenigmas of today’s Physics. The theoretical prediction of Supersymmetry

concerning the existence of new particles has led to a great experimental effortaiming at their detection. We have developed here an ambitious and novelresearch project, ULTIMA, based on our knowledge of low temperature physics’frontiers, opening new perspectives for cosmic particles detection. We have

developed an ultra-low temperature superfluid 3He bolometer. These radicallynew methods have been tested experimentally by our team. We have measuredand separated a neutron, muon and electron flux of particles. The results of theproject allow us to determine the physical parameters required for a large detectordedicated to dark matter particles searching, which will be built in theunderground laboratory.

Résumé

Ultra Low Temperature Instrumentation for Measurements in Astrophysics

Yuri Bunkov

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Acronyme ULTIMAEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 290 500 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 612


Discipline PhysiqueMots clés • Détecteur de matière noire/Darkmatter detector • Températures ultra basses/Ultra LowTemperatures. • 3He superfluide/Superfluid 3He • Cosmologie/Cosmology • Défauts topologiques/Topological defects

Institut NEEL, CNRS, Grenoble.

ULTIMA2

le programmeblanc

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Résultats majeursThe main result is that the very new type of particle detector, based on superluid properties of 3He at the limit of world record of cooling, was constructed and tested. Thesignals of different types of particles were measured and separated. The detector is ready for installation in underground laboratory.

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ces• Elbs, Yu. M. Bunkov, E. Collin, H. Godfrin, O. Suvorova

Electron- nuclear recoil discrimination by pulse shape analysis.J. of Low Temp. Phys. J. of Low Temp. Phys. 150, 536, (2008)J. Elbs, C. Winkelmann, E. Collin , Yu. M. Bunkov, H. GodfrinULTIMA: Magnetic field dependence of the calibration factorJ. of Low Temp. Phys. 151, 860, (2008)Yu.M. Bunkov and G.E. VolovikBose-Einstein condensation of magnons in superfluid 3HeJ. of Low Temp. Phys. 150, 135, (2008)C. B. Winkelmann, J. Elbs, Yu. M. Bunkov, E. Collin, H. Godfrin, and M. Krusius Bolometric calibration of a superfluid 3He detector for Dark Matter search: directmeasurement of the scintillated energy fraction for neutron, electron and muon eventsNuclear Instr. and Methods in Physics Research, A 574, 264-271 (2007).Yu.M. Bunkov, E. Collin, J. Elbs, H. Godfrin C. Winkelmann, “Status of the dark matter search project ”ULTIMA””, in “Contents and Structures of theUniverse, ed by C. Magneville et al., The Gioi Pbl, 2006 p. 295.J. Elbs, C.B. Winkelmann, Yu.M. Bunkov, E. Collin, H. Godfrin,On the sensitivity of superfluid 3He bolometers for ULTIMAProceedings of IDM 2006, 6th International Workshop on the Identification of Dark MatterRhodes, Greece, 11 - 16th September 2006 World Scientific (2007)

Invitées•Yuriy M. Bunkov Invited talk “London prize lecture:

Spin Superfluidity and Coherent Spin Precession”International conference of Low Temperature physicsLT25, Amsterdam, 6-13 August 2008.

•Yuriy M. Bunkov Invited talk, “Helium-3; Cosmologicaland atomic physics experiments” in Cosmology MeetsCondensed Matter” The Royal Society, London, UnitedKingdom Jan 28, 2008 - Jan 29, 2008.

•Yu.M. Bunkov Bose-Einstein condensation of magnons in superfluid3He, Int. Conf. on Quantum Fluids and Solids, QFS2007 Kazan, Russian Federation, August 1-6, 2007

•J. Elbs, C. Winkelmann, E. Collin , Yu. M. Bunkov, H.Godfrin ULTIMA: Magnetic field dependence of thecalibration factor 12th International Workshop on LowTemperature Detectors, LTD12, Paris July 22-27, 2007

•The ULTIMA ProjectJ. Elbs, C. Winkelmann, Yu.M. Bunkov, E. Collin, H.Godfrin Int. Conf. on Quantum Fluids and Solids,QFS2006, Kyoto, Japan, August 1-6, 2006.

Colloques : 20


Bien que l’observation expérimentale de la supraconductivité du diamant dopéait surpris en avril 2004 tant la communauté scientifique étudiant le diamant

que celle de la supraconductivité, plusieurs calculs théoriques furent aussitôtproposés. Le plus souvent à partir d’ingrédients standards (BCS), ils ont alorsreproduit l’essentiel d’un résultat qu’ils n’avaient pourtant pas su prédire. Ce « succès » paradoxal nous a amenés à proposer un projet de recherchecombinant étroitement des approches expérimentales et théoriques et visant troisobjectifs : déterminer précisément l’origine de la supraconductivité du diamantdopé au bore, en déduire des critères de prédiction de la supra dans d’autres semi-conducteurs, étudier sur ce système la supraconductivité à proximité d’une

Transition Isolant-Métal.Les équipes réunies dans ce projet, qui avaient déjà contribué de façon notableau démarrage du sujet pour le diamant, n’avaient donc pas pour objectifimmédiat de battre des records de TC. Elles ont choisi de combiner et d’étendreleurs approches à d’autres semi-conducteurs dopés, tout en poursuivant sur lediamant une étude approfondie de la nature de la supraconductivité dans cesystème.

Résumé

Supraconductivité dans les semi-conducteursdopés : diamant et systèmes voisins

Etienne Bustarret

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Acronyme SUPRADAMEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 450 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 71

Autres IT : 21Recrutés : 21Autres non-permanent : 83

Discipline Physique

Mots clés • Supraconductivité• Diamant• Dopage • Transition métal-isolant • Couplage électron-phonon

- BUSTARRET, Etienne, LEPES devenu Institut Néel, CNRS, Grenoble - BLASE, Xavier, LPMCN, Université Claude Bernard de Lyon - MARCENAT, Christophe, SPSMS/DRFMC(devenu LaTEQS/SPSMS/INAC), CEA-Grenoble

Spectroscopie tunnel du c?ur d’un vortex dans le diamant supraconducteur.

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursTrouver les systèmes propices et les compétences expérimentales (éventuellement hors du consortium initial) permettant d’induire par dopage la supraconductivité à trèsbasse température, en évitant les écueils suivants: Limite de solubilité et ségrégation du dopant. Création de défauts et perte de la cristallinité à dopage très élevé. Longueur des calculs ab initio sur des mailles assez grandes pour traiter les dopages de l’ordre du %.

Résultats majeurs•Première mise en évidence de la supraconductivité du silicium cubique (TC = 0,35K).•Première mise en évidence de la transition isolant-métal par dopage Al de 4H-SiC.•Calculs ab initio suggérant des dopants autres que le bore et permettant d’élever la TC du silicium.•Expériences et calculs permettant d’attribuer le pic Raman du C :B aux paires de B substitutionnels.•Interprétation quantitative de la loi de Vegard modifiée dans C :B métallique : calculs et diffraction X.•Première mesure d’un gap supra de forme BCS et détermination du ratio BCS = 3,5 dans le diamant.•Observation de vortex et d’états localisés dans le gap supra dans la région du cœur des vortex (C :B).•Nombreuses indications expérimentales que le diamant est un supraconducteur conventionnel (BCS).

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ces• Tunneling spectroscopy and vortex imaging in boron-doped diamond , B. Sacépé, C.

Chapelier, C. Marcenat, J. Kacmarcik, T. Klein, M. Bernard, E. Bustarret, Phys. Rev. Lett.96, 097006 (2006).

• Impurity dimers in superconducting B-doped diamond : experiment and first-principlescalculations, E. Bourgeois, E. Bustarret, P. Achatz, F. Omnès, X. Blase, Physical ReviewB74, 094509 (2006).

• Superconductivity in doped cubic silicon, E. Bustarret, C. Marcenat, P. Achatz, J. Kacmarcik,F. Lévy, A. Huxley, L. Ortéga, E. Bourgeois, X. Blase, D. Débarre, J. Boulmer, Nature 444,465 (2006).

• Metal-insulator transition and superconductivity in boron-doped diamond, T. Klein, P.Achatz, J. Kacmarcik, C. Marcenat, F. Gustafsson, J. Marcus, E. Bustarret, J. Pernot, F.Omnès, Bo E. Sernelius, C. Persson, A. Ferreira da Silva, C. Cytermann, Physical ReviewB75,165313 (2007).

• Doping-induced metal-insulator transition in aluminum-doped 4H-silicon carbide, P.Achatz, J. Pernot, C. Marcenat, J. Kacmarcik, G. Ferro, E. Bustarret, Appl. Phys. Lett. 92,072103 (2008). - Ab initio study of electron-phonon coupling in boron-doped SiC, E.R.Margine and X. Blase, Appl. Phys. Lett. 93, 192510 (2008).

Invitées• Superconducting boron-doped single crystal diamond,

E. Bustarret, Eur. Phys. Soc.- D.P.G. GeneralConference, Dresden, 27-31 Mars 2006.

•The superconducting/metal/non metal transition in B-doped diamond films, T. Klein, Int. Conf. on Mater. &Mech. of Superconductivity, (M2S-HTSC VIII), Dresden,9-14 Juillet 2006.

•Metal-to-insulator transition and superconductivity inboron-doped diamond , E. Bustarret, Royal SocietyScientific Discussion Meeting on Carbon-basedElectronics, London, 21-22 Mai 2007.

•On the ab initio study of the superconducting transitionin doped sp3 semiconductors: from clathrates to silicon,X. Blase, Surface and bulk defects in CVD Diamondfilms Workshop, SBDDXIII, Hasselt, 25-27 Février2008.

•Superconductivity in doped silicon, C. Marcenat, 2ndIWSDRM, Tsukuba, 8-11 Juillet 2008.

. Colloques : 10


L’objectif principal est de réaliser et maîtriser la photo-commutation ultra-rapide de matériaux moléculaires coopératifs, c'est-à-dire pouvant présenter

des transitions de phase photo-induites suite à un pulse laser ultra-court. Le butest donc de réaliser à l’échelle d’un matériau ce qui a été fait à l’échelle d’unemolécule en femtochimie. Ceci conduit à un changement spectaculaire despropriétés physiques (par exemple de non magnétique à magnétique, d’isolant àconducteur,…), ce qui peut ouvrir de nouvelles voies pour le stockage optique del’information.

L’équipe comprend des physiciens et des chimistes. Ceci permet de regrouper desexpertises complémentaires allant de l’optique pulsée à la cristallographieavancée, de l’élaboration de matériaux aux mesures physiques. Nous avonsfocalisé notre démarche dans quatre directions principales :- Suivre en temps réel la réorganisation électronique et structurale du matériau ;- Mettre en évidence les phénomènes ultra-rapides ; - Dégager des concepts fondamentaux ; - Elaborer de nouveaux systèmes moléculaires bistables.

Résumé

Transitions de phase photo-induites : vers la commutation ultra-rapide

de matériaux moléculairesHervé Cailleau

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Acronyme FAST-SWITCHEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 500 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 250


Discipline PhysiqueMots clés• Photo-commutation ultra-rapide de matériaux moléculaires •Transitions de phase photo-induite •Optique temporelle •Diffraction X résolue en temps•Conception et élaboration de nouveaux systèmesmoléculaires bistables

CAILLEAU Hervé Institut de Physique de Rennes (IPR), UMR 6251 CNRS-Université de Rennes1- FREYSZ Eric, Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne(CPMOH), UMR 5798 CNRS-Université de Bordeaux 1 - LÉTARD Jean-François, Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB), UPR 8048 - BOUSSEKSOU Azzedine, Laboratoire de Chimie de Coordination (LCC), UPR 8241

Variations de la structure moléculaire suite à la photo-excitation sélective des 2états métastables dans un complexe binucléaire à transition de spin

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes défis principaux étaient : la compréhension des effets dynamiques coopératifs pour la commutation moléculaire à l’état solide induite par un pulse laser ;l’observation directe de ces phénomènes rapides à l’aide de l’optique temporelle et de la diffraction X résolue en temps ;réaliser une photo-commutation rapide et réversible du matériau dans le régime d’hystérésis.

Résultats majeurs•Vers la Maîtrise de la photo-commutation des matériaux à transition de spin : photo-commutation réversible dans l’hystérésis thermique, investigation structuraled’états photo-stationnaires, photo-conversion sélective en longueur d’onde, élaboration de couches minces et d’objets nanométriques,…•Dynamique hors équilibre induite par un pulse laser : mise en évidence des différentes étapes par optique temporelle et diffraction X résolu en temps, soitcommutation moléculaire photo-induite ultra-rapide (sous-ps), puis expansion du volume (ns) et enfin activation thermique (µs), observation de diffusion diffuse résolueen temps (100 ps) pour sonder les effets précurseurs…

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ces• Photoswitching the dielectric constant of the Spin Crossover Complex [Fe(L)(CN)2].H2O,

Angew. Chem. Int. Ed. 45, 1625 (2006).Nature and mechanism of the photoinduced spin transition in Fe(PM-BiA)2(NCS)2, Phys.Rev. B 73, 060408 (R) (2006).

• Hard-X-ray-induced excited spin state trapping, • Wavelength selective light-induced magnetic effects in the binuclear spin crossover

compound [Fe(bt)(NCS)2](bpm), Phys. Rev. B. 75, 054101 (2007) • Single-Laser-Shot-Induced Complete Bidirectional Spin Transition at Room Temperature, J.

Am. Chem. Soc. 130, 9019 (2008).• State of the art and opportunities in probing photoinduced phase transitions in molecular

materials by conventional and picosecond X-ray diffraction, invited paper special issue “Photocrystallography” of Z. Kristallogr. 223, 272 (2008).


Invitées• M. Buron, Optical switching of ferroelectricity in

molecular compounds, Gordon Research Conference « Ultrafast phenomena in cooperative systems »,Buelton CA (USA), 2006.

• J.F. Letard, Photomagnetism and dynamics of relaxationin iron (II) spin crossover materials, InternationalConference of Optical Materials (ICOM2008), Tokyo(Japon), 2008.

• E. Collet, Time-resolved studies of molecular solids,European XFEL Meeting, Hamburg (Allemagne), 2008.

• H. Cailleau, Tracking photoinduced molecular switchingin the solid state by X-ray difraction, XXI Congress of theInternational Union of Cristallogaphy • Satellite

•Meeting « Molecular Crystals Exhibiting ExoticFunctions, Osaka (Japon), 2008.

•A.Bousseksou, The spin crossover molecular Materials :from molecules to molecular devices, 3nd InternationalConference on Photoinduced Phase Transitions andCooperative Phenomena, Osaka (Japon), 2008

Colloques : 46

L'objectif principal de ce projet résidait dans l'étude comparée des cascadesturbulentes d'énergie dans un fluide normal et dans un superfluide, où les

mécanismes de dissipation sont très différents. Il consistait concrètement à mettreen oeuvre un écoulement de grille de fort nombre de Reynolds dans l'héliumliquide normal ou superfluide, et à développer les capteurs capables de sonder cetécoulement. Parallèlement, une étude était menée sur la mécanique statistiquedes grandes échelles d'un écoulement en vue d'une comparaison ultérieure entrefluide normal et superfluide.

Résumé

Réseau Français pour la Turbulence Superfluide

Bernard Castaing

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Acronyme TSFEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 490 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 116,2


Discipline Physique

Mots clés • Turbulence Superfluide• Anémomètres cryogéniques• Vorticité quantique• Fortes puissances cryogéniques• Mécanique Statistique

CASTAING Bernard, Ecole Normale Supérieure de Lyon - ROUSSET Bernard, CEA/DSM/DRFMC/SBT - ROCHE Philippe, Institut Néel, CNRS - GAGNE Yves, LEGI, UJF/CNRS -DUBRULLE Bérengère, CEA/DSM/DRECAM/SPEC

Résultats typiques

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes verrous technologiques étaient multiples et certains restent à franchir. Il fallait résoudre l'évacuation à froid de la forte puissance dissipée dans l'écoulement turbulent.Chaque capteur impliquait plusieurs verrous. Citons la microfabrication et l'alignement de la cavité second son, la fabrication de dépôts résistifs très sensibles à la températurepour rester dans le domaine linéaire de la cavité; l'injection et la détection d'une onde sonore sans perturbation de l'écoulement; la micro-fabrication d'un fil chaud et la miseau point de l'électronique de contrôle. Au niveau scientifique, citons le passage à trois dimensions en mécanique statistique, et la compréhension des signaux des capteurs.

Résultats majeursL'écoulement de grille prévu a été réalisé et caractérisé. Il atteint les performances maximales prévues, en termes de température atteinte, de stabilité et de débit. Deuxcapteurs donnent déjà toute satisfaction: la microcavité second son, qui mesure la densité de tourbillons quantiques en superfluide, et le tube de pitot. Le fil chaud fonctionneen fluide normal, mais aussi, semble-t-il, en superfluide, bien que son fonctionnement soit encore à élucider. Les structures grandes échelles d'un écoulement axisymétriqueont été prédites et vérifiées.

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ces•Romain Monchaux, Pierre-Philippe Cortet, Pierre-Henri Chavanis, Arnaud Chiffaudel,

François Daviaud, Pantxo Diribarne, and Bérengère Dubrulle, Fluctuation-DissipationRelations and Statistical Temperatures in a Turbulent von Kármán Flow, Phys. Rev. Lett.101, 174502 (2008)

•P.-E. Roche, P. Diribarne, T. Didelot, O. Français, L. Rousseau et H. Willaime, Vortex densityspectrum of quantum turbulence, EPL 77: 66002 (2007)

•P.-E. Roche et C. F. Barenghi, Vortex spectrum in superfluid turbulence: interpretation of arecent experiment, EPL, 81:36002, (2008)

Invitées

•C. Baudet, Turbulence measurements under extremeconditions : the example of cryogenic flows. InvitedPlenary Lecture, Ecole d'été de l'Institut d'EtudesScientifiques de Cargèse: ``Small-scale turbulence:Theory, Phenomenology and Applications'', Cargèse, 13-25 août 2007P.-E. Roche. Classical vs. superfluid turbulence. 61stAnnual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics,San Antonio, TX, Nov. 23-25 2008

•P.-E. Roche, Quantum turbulence experiments inGrenoble: Turbulent fluctuations of superfluid vortices,Condensed Matter and Materials Physics, RoyalHolloway University of London, UK, March 26-28 2008

•A. Girard, European turbulence with cryogenic helium:Overview of the CEA,CERN and ICTP facilities, iTiConference on Turbulence III, Bertinoro, Oct 12-152008.

•B. Rousset. Large scale He hydrodynamic facilities atCEA/SBT, European Workshop on Turbulence inCryogenic Helium, CERN, Geneva, April 23-25 2007.

Colloques : 3


Ce projet a pour objectif central de réaliser la première observation d’un effetde non-conservation de la parité (NCP) en comparant les spectres

rovibrationnels des deux énantiomères d’une même molécule chirale. Pour cela,un travail impliquant cinq groupes aux compétences complémentaires a été misen œuvre. Le choix et la synthèse de la molécule candidate sont réalisés grâce àl’interaction entre un groupe de chimistes spécialistes de la synthèse chirale et ungroupe de chimistes quantiques spécialistes du calcul relativiste de la NCP. Enparallèle, un travail de spectroscopie à haute résolution est réalisé par deux autresgroupes, dans le domaine micro-onde pour l’un d’eux et dans le domaineinfrarouge pour l’autre. Ces études spectroscopiques passent par la productiond’un jet supersonique de molécules qui, dans les conditions usuelles, sont à l’état

solide. L’ensemble de ces travaux est ensuite mis à profit par le cinquième groupepour mesurer la différence de fréquence entre les résonances des énantiomères dela molécule retenue à l’aide d’une expérience de très haute résolution de frangesde Ramsey à deux photons sur jet moléculaire supersonique. Cette différence defréquence est la signature de l’effet NCP. Une telle observation attendue depuisplus de trente ans ne manquera pas de relancer la réflexion sur l’origine de la bio-chiralité.

Résumé

Non-Conservation de la Parité MOLéculaire

Christian Chardonnet

29

Acronyme NCPMOLEdition 2005Durée du projet 48 moisFinancement 2 225 234,800 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 171,36


Discipline PhysiqueMots clés • Non-conservation de parité

• Molécules• Optique et lasers• Nouvelles synthèses organiques etsynthèses totales• Chimie théorique

CHARDONNET Christian, Laboratoire de Physique des Lasers, CNRS UMR 7538, Université Paris 13, Institut Galilée - ASSELIN Pierre, Laboratoire de Dynamique, Interactions et Réactivité, CNRS UMR 7075, Université Paris 6

Spectre infra-rouge en jet de la bande d'élongation Re-O du méthyltrioxorhénium(MTO) dilué à 10 % dans l'argon.

le programmeblanc

30

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes voies de la synthèse chimique n’ont pas débouché tout de suite sur la molécule chirale idéale et l’objectif final du projet n’a pas encore été atteint. Ceci s’explique parle caractère très ambitieux de ce type de projet dont les enjeux concernent différents champs de physique et chimie. Bien que la voie du méthyltrioxorhénium reste à explorer,une conclusion importante est que les contraintes imposées aux chimistes pour la synthèse des molécules sont lourdes et nombreuses, rendant leur travail difficile. Uneréflexion s’est donc engagée, sur la possibilité d’en lever certaines, par exemple celle de la longueur d’onde de la transition moléculaire à interroger. Ceci est possibleaujourd’hui grâce aux progrès réalisés sur le contrôle en fréquences des sources lasers via des peignes de fréquences.

Résultats majeursAutour de ce projet requérant les compétences de différentes communautés, un réseau unique en France a été créé. Cette coopération a permis d’importants progrès dans lachimie de synthèse de molécules chirales : 2 familles de complexes oxorhénium ont été préparées. L’interaction entre spectroscopistes et chimistes a mené à la conclusionqu’il fallait des molécules caractérisées par une sublimation à basse température pour éviter la décomposition ou la recondensation après sublimation. Des étudespréliminaires montrent qu’une voie à suivre est celle des dérivés chiraux du méthyltrioxorhénium. Des progrès considérables ont aussi été obtenus sur la stabilité de laréférence de fréquence transportée entre Villetaneuse et l’observatoire de Paris, pour le contrôle de la fréquence du laser de l’expérience de très haute résolution.

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ces• R. Bast, P. Schwerdtfeger and T. Saue, _“Parity non-conservation contribution to the

nuclear magnetic resonance shielding constants of chiral molecules: A four-componentrelativistic study”,_ /J. Chem. Phys./ *125*, 064504 (2006).

• P. R. Lassen, L. Guy, I. Karame, T. Roisnel , N. Vanthuyne, C. Roussel, X. Cao, R. Lombardi,J. Crassous, T. B. Freedman, L. A. Nafie, _“Synthesis and vibrational circular dichroism ofenantiopure chiral oxorhenium(V) complexes containing the hydrotris(1-pyrazolyl)borateligand”,_ /Inorg. //Chem./ *45*, 10230 (2006).

• P. Soulard, P. Asselin, A. Cuisset, J. R. Aviles Moreno, T. R. Huet, D. Petitprez, J. Demaison,T. B. Freedman, X. Cao, L. A. Nafie, J. Crassous,_ “Chlorofluoroiodomethane as a potentialcandidate for parity violation measurements. __Spectroscopic features : supersonic beamspectroscopy and VCD in the gas phase. Preparation of its partially resolved enantiomersand enantioselective recognition by a chiral cryptophane”,_ /Phys. Chem. Chem. Phys./*8*, 79 (2006).

• V. Weijo, R. Bast, P. Manninen, T. Saue, J. Vaara, _“Methodological aspects in thecalculation of parity-violating effects in nuclear magnetic resonance parameters”,_ /J.Chem. Phys./ *126*, 074107 (2007).

• O. Lopez, A. Amy-Klein, C. Daussy, C. Chardonnet, F. Narbonneau, M. Lours, G.Santarelli,_ “86-km optical link with a resolution of 2 10^-18 for RF frequencytransfer”,_ /Eur. J. Phys. //D/ *48*, 35 (2008).

• H. Jiang, F. Kéfélian, S. Crane, O. Lopez, M. Lours, J. Millo, D. Holleville, P. Lemonde, Ch.Chardonnet, A. Amy-Klein, G. Santarelli, _“Long-distance frequency transfer over an urbanfiber link using optical phase stabilization”_, /J. Opt. Soc. Am. //B/ *25*, 2029 (2008).

Invitées • E. Grain, G. Santarelli, 3^rd international workshop

“from parity violation to hadronic structure andmore…” PAVI’06, Ile de Milos, Grèce (16-20 Mai2006).

•International Conference of Computational Methods inSciences and Engineering ICCMSE 2006, symposium“Relativistic quantum theory: Computationalperspectives and applications”, Chania, Crète, Grèce (29octobre – 1er novembre 2006).

•ACS Meeting, Chicago, USA (25-29 mars 2007).•New Zealand Satellite Meeting at Massey University's

Centre of Theoretical Chemistry and Physics (10-13septembre 2008).

Colloques : 16


Le piégeage et le refroidissement d’atomes ouvre la possibilité de simuler avecdes gaz ultra-froids des situations qu’on rencontre usuellement en matière

condensée : magnétisme, transition conducteur - isolant, supraconductivité,systèmes de basse dimension, vortex, etc. Le dénominateur commun à cessituations est l’existence de fortes corrélations, d’origine quantique, entre lesdifférents constituants du système. Le projet GasCor avait pour but d’étudier sur leplan théorique les états fortement corrélés susceptibles d’apparaître dans ces gazquantiques, et de développer des montages expérimentaux sur lesquels ces effetspeuvent être mis en évidence. Nous avons ainsi caractérisé théoriquement uncertain nombre de situations où de fortes corrélations entre particules sont

susceptibles d’apparaître : fermions en interactions fortes, mélanges de fermionsde masses inégales, effet du désordre et localisation d’ondes de matière, régimede rotation rapide. Sur le plan expérimental, nous avons étudié les corrélationsspécifiques à un gaz de dimensionalité réduite, avec la mise en évidence d’unetransition de type Kosterlitz-Thouless dans un système planaire d’atomesbosoniques. Ce projet nous a également permis de démarrer deux montagesexpérimentaux complètement nouveaux, consacrés respectivement à l’atome desodium (un boson), et à un mélange de gaz quantiques (lithium et potassium),avec des isotopes bosoniques et fermioniques.

Résumé

Gaz quantiques et états fortement corrélés

Jean Dalibard

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Acronyme GasCorEdition 2006Durée du projet 48 moisFinancement 500 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 204

Autres IT : 12 Recrutés : 34

Discipline Physique

Mots clés • Physique quantique• Physique statistique• Lasers et optiques• Atomes• Superfluidité

DALIBARD Jean, Laboratoire Kastler Brossel, ENS - SHLYAPNIKOV Gora, Laboratoire de Physique Théoriqueet Modèles Statistiques - GEORGES Antoine, Centre de Physique Théorique de l’Ecole Polytechnique

Piègeage magnéto-optique d’atomes de potassium

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes verrous ont essentiellement porté sur le développement des nouvelles expériences. Pour le montage sur l’atome de sodium, la difficulté principale a été d’obtenir unesource laser performante et fiable. La solution habituellement retenue dans les laboratoires est la technologie des lasers à colorant, mais celle-ci nous a semblée trop coûteuseet trop difficile à utiliser au quotidien. Nous avons donc été amenés à développer une source originale, reposant sur un mélange de fréquences optiques. Pour le montagede mélanges de gaz quantiques, la difficulté principale rencontrée a porté sur la faible abondance isotopique de l’isotope fermionique du potassium (masse 40) qui nous aobligé à ré-analyser de manière fine la technologie des pièges magnéto-optiques à deux dimensions.

Résultats majeurs•Th : nouvelle méthode de diagnostic pour les gaz fermioniques utilisant la diffusion Raman stimulée (mise en œuvre avec succès dans une expérience menée au JILA,Boulder, Colorado, USA)•Th : caractérisation du régime d’interaction forte pour des fermions de masse inégale.•Th : transition vers un état cristallin dans un gaz de dimères « fermions légers-fermions lourds ».•Th : possibilité d’obtenir des états localisés d’une onde de matière à 3D par diffusion sur un gaz aléatoire d’atomes piégésEx : observation de la transition de Kosterlitz-Thouless dans un gaz atomique bi-dimensionnelEx : laser tout-solide à 589nm, délivrant une puissance de l’ordre du Watt. •Ex : nouvelle approche pour le piégeage magnéto-optique du Sodium, utilisant une cellule ultra-vide. •Ex : piégeage magnéto-optique du potassium.

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ces• Z. Hadzibabic, P. Krüger, M. Cheneau, B. Battelier, and J. Dalibard, Nature 441, 1118

(2006): Berezinskii-Kosterlitz-Thouless crossover in a trapped atomic gasD. Petrov, G. Astrakharchik, D. Papoular, C. Salomon, and G. Shlyapnikov, Phys.Rev.Lett.,99, 130407 (2007), Crystalline phase of strongly interacting Fermi mixtures. T.-L. Dao, A. Georges, J. Dalibard, C. Salomon and I. Carusotto, Phys.Rev.Lett., 98,240402 (2007), Measuring the one-particle excitations of ultracold fermionic atoms bystimulated Raman spectroscopy T.-L. Dao, A. Georges, M. Capone Phys. Rev. B 76, 104517 (2007), Competing superfluidand density-wave ground-states of fermionic mixtures with mass imbalance in opticallattices F. Gerbier, Phys. Rev. Lett. 99, 120405 (2007), Boson Mott insulator at finitetemperaturesM.A. Baranov, C. Lobo, and G.V. Shlyapnikov, Phys. Rev. A 78, 033620 (2008),Superfluid pairing between fermions with unequal massesE. Mimoun, L. De Sarlo, J.-J. Zondy, J. Dalibard, F. Gerbier, Optics Express 16, 18684(2008): Sum-frequency generation of 589 nm light with near-unit efficiency

Invitées•Réunion de la Société Allemande de Physique,

Darmstadt, Allemagne, 10-14 mars 2008•Gordon Conference on Superconductivity, Les Diablerets,

Suisse, 9-14 septembre 2007•APS March meeting, 5-9 mars 2007, Denver

(Colorado),•International conference BEC-2007, San Feliu, Espagne,

15-20 septembre 2007•“Enrico Fermi Summer School on Ultracold Fermi

Gases”, Varenna, Italie, Juin 2006

Colloques : 10


Collaboration interdisciplinaire entre physiciens, mécaniciens et géologues. Ilvise à des actions communes sur le déclenchement des avalanches

(précurseurs), le transport éolien (formation et dynamique des dunes) et sur letransport de sédiments en rivières. Nous étudions les échanges entre un lit degrains et l’écoulement qui le surmonte en combinant des approchesexpérimentales en laboratoire (soufflerie, chenal expérimental d’incision fluviale,imagerie pour caractériser les mouvements individuels des grains, étude 3D de lacollision d’un grain avec un lit de grains, …), des mesures sur le terrain (flux desable, compacité et humidité du lit, …) et des simulations numériques

(dynamique moléculaire). Nous utilisons la compréhension des mécanismes àl’échelle de quelques grains pour améliorer la modélisation à plus grande échelle,nécessaire à la description morphologique d’une dune ou d’une rivière.Le développement de la modélisation est destiné à améliorer la quantification dutransport de sédiments sous l’effet du cisaillement d’un fluide, il permetégalement de mieux comprendre la transition solide/liquide dans un milieugranulaire.

Résumé

Empilements statiques et écoulements de surface dans les milieux granulaires,

conséquences pour les transferts sédimentaires naturels.

Renaud Delannay

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Acronyme MICMACEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 330 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 218


Discipline Physique

Mots clés • Matière condensée• Organisation et dynamique• Physique statistique• Physique non linéaire• Hydrologie

DELANNAY Renaud, Institut de Physique de Rennes, UMR CNRS 6251, Université Rennes1 - DAVY Philippe, Géosciences Rennes, UMR CNRS 6118, Université Rennes1-DUPONT Pascal, Laboratoire de thermocinétique de Nantes, UMR CNRS 6607, Ecole Polytechnique de Nantes

Etude du processus de collision

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursMalgré les progrès importants réalisés ces dernières années dans la compréhension des écoulements granulaires, la transition solide/liquide qui gouverne la déstabilisationet la mise en mouvement d’un empilement de grains ou au contraire l’arrêt brutal d’un écoulement, avec des applications importantes dans le domaine industriel et engéophysique, reste très mal comprise. Les enjeux sociétaux sont pourtant considérables (risques de crues, longévité des ouvrages hydrauliques, transferts de polluants pourles rivières, ensablement, désertification pour les dunes).

Résultats majeursMise en évidence expérimentale de précurseurs d’avalanches en volume et corrélation avec les réarrangements de surface. Mise en évidence d’une transition vitreuse sousles écoulements de surface dans les écoulements granulaires secs. Mesures sur le terrain du flux de grains transportés par saltation, et celui engendré par le déplacement desdunes. Développement d’une instrumentation nouvelle de mesure de compacité et d’humidité des sols sableux. Description complète et précise de la fonction d’éjection desgrains et élaboration d’un modèle statistique de transport de grains par le vent. Etude de l’effet de la polydispersité des grains et de la rugosité du fond sur l’organisationde la couverture alluviale.

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ces•Turowski, J., Lague, D., and Hovius, N., The cover effect in bedrock abrasion : A new

derivation and its implications for the modeling of bedrock channel morphology, Journal ofGeophysical Research - Earth Surface, 2007.

•Ould Ahmedou, D., A. Ould Mahfoudh, P. Dupont, A. Ould El Moctar, A. Valance, and K. R.Rasmussen, Barchan dune mobility in Mauritania related to dune and interdune sandfluxes, J. Geophys. Res., 112, F02016, 2007

•R. Delannay, M. Louge, P. Richard, N. Taberlet, and A. Valance, Dense granular flows downinclines: toward ab initio theories, Nature Materials 6, 99–108 (2007).

•V. Zaitsev, P. Richard, R. Delannay, V. Tournat, V.E. Gusev, Pre-avalanche structuralrearrangements in the bulk of granular medium : experimental evidence, Europhys. Lett,83, 64003 (2008).

•P. Richard, A. Valance, J-F. Métayer, P. Sanchez, J. Crassous, M. Louge and R. DelannayRheology of Confined Granular Flows: Scale Invariance, Glass Transition and FrictionWeakening, Phys. Rev. Lett. 101, 248002 (2008).

•M. Cressels, P. Dupont, A. Ould El Moctar, I. Cantat, A. Valance, J.T. Jenkins, and K.R.Rasmussen, Saltating particles in a turbulent boundary layer: Experiment and Theory,Accepté dans Journal of Fluid Mechanics (Novembre 2008)}

Invitées•Keynote conference of DeGennesDays Granular Matter

Satellite Symposium, ESPCI, Paris, 14 mai 2008.•GDR Phenix, 13-14 octobre 2008, ENS-Lyon.•Workshop : “Pattern formation in particle systems”

Complexity Science, Warwick University, Feb. 25th,2008.

Colloques : 20


Nous étudions la locomotion du ver nématode modèle C. elegans afin deconstruire un modèle de mouvement intégrant les interactions mécaniques du

ver avec son environnement.Le projet comporte trois volets : – élaboration d'un modèle mécanique incorporantla friction du ver sur un substrat déformable ; – détermination de l'origine del'onde sinusoïdale animant C. elegans dans son mouvement de reptation : étudede l'activité musculaire du ver en relation avec son environnement ; – construction

d'un ver artificiel biomimétique à partir de gels intelligents magnétiques et oùl'ondulation propulsive serait introduite par un système reproduisant lesrétroactions du ver et intégrant son adaptation à son environnement mécanique.Nous profitons de la puissance des outils génétiques disponibles chez le nématodepour visualiser son activité musculaire et neuronale et utiliser des mutants avecune mécanoperception ou une connectivité neuronale modifiée.

Résumé

Locomotion du nématode C Elegans : Mécanique, Interaction avec son environnement,

proprioception et biométisme

Jean-Marc Di Meglio

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Acronyme LOCOMELEGANSEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 333 800 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 48

Autres IT : 9,9Recrutés : 24Autres : 39,6

Discipline Physique

Mots clés • Locomotion• Perception• Mécanotransduction • Robotique• Biomécanique

DI MEGLIO Jean-Marc, Matière et systèmes complexes, UMR 7057, CNRS Université Paris-Diderot - BESSEREAU Jean-Louis, INSERM U497 Biologie cellulaire de la synapsenormale et pathologique (ENS Paris) - SILBERZAN Pascal, UMR 168 CNRS/Curie Physico-Chimie Curie, Institut Curie (Paris)

Superposition des trajectoires d'un ver rampant

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursDétermination des caractéristiques de la friction visqueuse avec des matériaux déformables ; imagerie fonctionnelle (musculaire ou neuronale) sur un organisme vivant enmouvement ; élaboration d'un modèle mécanique de la reptation auto-oscillant ; maîtrise de la formulation de gels magnétiques ; microfabrication de substratsbiocompatibles ; introduction du ver comme objet d'étude pour les physiciens.

Résultats majeursMise en évidence d'un contrôle mécanique des deux allures de C. elegans (nage et reptation) ; fabrication de vers artificiels biomimétiques ; étude de la locomotion des versen milieu confiné (canaux, labyrinthes) ; premiers résultats préliminaires sur l'activité musculaire in situ ; développement d'algorithmes de tracking pour les vers ; descriptionfine de la cinématique de la reptation de C. elegans.

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•J.-M. Di Meglio :Franco-Israeli Trends in soft matter, biophysics andmicrofluidics (FIT 2007), Biarritz, 7-10octobre 2007

Colloques : 3


Le problème astrophysique de la matière sombre, à savoir que la majorité de lamatière dans l'Univers n'apparaît que par ses effets gravitationnels, perdure

depuis 1933. La physique des particules propose une solution sous formed'hypothétiques particules massives mais difficiles à détecter, les WIMPs. Lesdétecteurs cryogéniques sont parmi les plus sensibles à ces particules, grâce à leurcapacité à rejeter le bruit de fond radioactif dominant à l'aide d'une doublemesure chaleur-ionisation ou chaleur-scintillation. La technique chaleur-scintillation est complémentaire à celle chaleur-ionisation car elle permetd'accéder à une plus grande palette de cibles et elle ne souffre pas d'effets

systématiques provenant par exemple d'événements superficiels. Dans le cadre duprojet, une réalisation importante est le cryostat optique conçu et fabriqué encollaboration avec l'Air Liquide DTA. Il permet de refroidir des échantillonsscintillants de quelques centimètres cubes jusqu'à 2.8 K. Nous avons aussieffectué la caractérisation spectroscopique du saphir sous X jusqu’à 40 K. Desétudes résolues en temps se pousuivent avec le saphir et le BGO. Un détecteurscintillation-chaleur a été intégré dans l’expérience EDELWEISS à Modane.

Résumé

Scintillation Cryogénique pour la Matière Sombre

Philippe Di Stefano

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Acronyme SciCryoEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 168 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 53

Autres IT : 12Recrutés :

Discipline Physique

Mots clés • Matière sombre• Cryogénie • Scintillation• Photodétection

P. Di STEFANO, IPN Lyon (Université Lyon 1, CNRS/IN2P3) - N. CORON, IAS Orsay (Université Paris Sud, CNRS/INSU) - F. PROEBST, Max-Planck-Insitut fuer Physik, Munich Cryostat optique SciCryo 2.8 K réalisé en partenariat avec l’Air Liquide/DTA

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursDétection de la scintillation dans les longueurs d’ondes rouge-IR avec une bonne efficacité.

Résultats majeurs•Conception et réalisation d’un cryostat optique novateur en partenariat avec l’Air Liquide/DTA.•Caractérisation spectroscopique du saphir jusqu’à 40 K.•Intégration d’un détecteur scintillation-chaleur en Al2O3 dans l’environnement bas-bruit de l’expérience EDELWEISS.•Organisation des ateliers CryoScint07 et 08 (http://cryoscint08.in2p3.fr) et publication des actes (dans la revue Optical Materials).

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ces• PCF Di Stefano et al, The SciCryo Project and Cryogenic Scintillation of Al2O3, Journal of

Low Temperature Physics, Journal of Low Temperature Physics (2008) 151 902-907Invitées

Colloques : 5


Ce projet permet de rassembler et de renforcer (par le recrutement de troisstagiaires post-doctoraux) une bonne partie des communautés en France

cherchant à mettre en évidence la Supersymétrie, l'existence de dimensionssupplémentaires d'espace temps ou d'autres extensions fortement motivées au-delà du Modèle Standard de la physique des particules élémentaires. Que ce soitpar une approche théorique, phénoménologique, expérimentale sur accélérateursou hors accélérateurs, ou mieux encore, par la combinaison de toutes cesapproches, notre projet entend exploiter au mieux l'analyse des nouvelles donnéesattendues dans la période 2005-2008: préparation aux premières donnéesfondamentales provenant du grand collisionneur LHC en 2008-2009 sur la

production de nouvelles particules (telles que le boson scalaire de Higgs, lesparticules supersymétriques ou celles prédites par les modèles de dimensionssupplémentaires), ainsi qu'aux progrès importants anticipés dans la sensibilitédes recherches directes et indirectes de la matière noire dans l'Univers dans lesexpériences d'astro-particules. Le travail se fera, en particulier, en collaborationavec le Groupement de Recherche (GDR) en Supersymétrie, structure du CNRS quiregroupe ces communautés au niveau français.

Résumé

Physique au-delà du Modèle Standard: implications pour les collisionneurs

et la cosmologie.

Abdelhak Djouadi

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Acronyme PHYS@COL&COS Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 380.00 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 394,2


Discipline PhysiqueMots clés •Physique auprès des collisionneurs

•Physique au-delà du Modèle Standard• Supersymétrie et dimensions

supplémentaires• Cosmologie • Matière noire

Abdelhak DJOUADI, Laboratoire de Physique Théorique, Univ. Paris-Sud Orsay - Gilbert MOULTAKA, Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules Montpellier - Carlos SAVOY, Service de Physique Théorique, CEA Saclay

Espace des paramètres dans le NMSSM permis par les contraintes sur accélérateurs et parles données cosmologiques (ligne bleue).

le programmeblanc

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Résultats majeursDivers modèles de nouvelle physique ont été analysés. En particulier, des analyses théoriques et phénoménologiques du modèle standard supersymétrique minimal(NMSSM) ont été menées. Un modèle contraint, i.e. avec universalité de tous les termes de brisure douce de la supersymétrie à l'échelle de grande unification, a étédéveloppé. C'est le modèle supersymétrique le plus contraint existant à ce jour, avec essentiellement un seul parametre libre, et il a été montré qu'il souscrit à toutes lescontraintes expérimentales connues. Le spectre superparticules et de Higgs ainsi que les diverses implications pour leur recherche auprès des collisionneurs tels aue le LHCainsi que dans les expériences d'astroparticules (détection directe et indirecte de matière noire) ont été analysés.

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ces• A. Djouadi, U.Ellwanger et A.M.~Teixeira, The constrained next-to-minimal

supersymmetric standard model, Phys. Rev. Lett. 101 (2008) 101802.• U. Ellwanger, C.C.~Jean-Louis et A.M.~Teixeira, Phenomenology of the General NMSSM

with Gauge Mediated Supersymmetry Breaking, JHEP 0805 (2008) 044.• E. Dudas, S. Lavignac and J.Parmentier, A light neutralino in hybrid models of

supersymmetry breaking, Nucl. Phys. B808 (2009) 237.• H.K. Dreiner, C. Luhn, H. Murayama et M.~Thormeier, Baryon Triality and Neutrino

Masses from an Anomalous Flavor U(1), Nucl. Phys. B774 (2007) 127.• E. Moulin, A. Jacholkowska, G. Moultaka, J.-L. Kneur, E. Nuss et al., Complementarity of

Gamma-ray and LHC Searches for Neutralino Dark Matter in the Focus Point Region,' Phys.Rev. D77 (2008) 055014.

• I. Antoniadis, K. Benakli, A. Delgado, M. Quiros et M. Tuckmantel, Split extendedsupersymmetry from intersecting branes, Nucl. Phys. B744 (2006) 156.

Invitées•SUSY 2008, Seoul, Coree, Juillet 2008. • SUSY 2007, Karlsruhe, Allemagne, Juillet-Aout 2007• Workshop Physics at TeV Colliders'", Les Houches, Mai

2007. • High Energy Physics in the LHC Era", Paris, Novembre

2006• Planck 2006", Mai 2006, Paris

Colloques : 30


L’IPN Orsay est un acteur essentiel dans le programme Spiral 2. (Accélérateurpour ions radioactifs construit à Caen). Le projet de recherche soumis à l’ANR

consiste à développer et installer à l’IPN Orsay des équipements permettantl’accomplissement des tâches essentielles dans la phase initiale de R&D, deprototypage et, dans une phase ultérieure, d’optimisation et de préparation pourle fonctionnement de la machine.Les thèmes proposés étaient :- Accélérateur Linéaire Supraconducteur- Ensemble de préparation des cavités supraconductrices par polissage chimiquedes surfaces internes

- Ensemble de test en puissance RF, composé d’un amplificateur 88 MHz, 10 KWet des dispositifs de mesure associés.- Source d’ions radioactifs par ionisation laser.- Système laser incluant le doublement, le triplement et le mélange de fréquences- Ensemble d’un guide d’ions et sa plate-forme.- Ensemble d’un séparateur hors ligne et son terminal haute tension.

Résumé

Recherche Amont SPIRAL 2

Daniel Gardès

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Acronyme RAS2Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 550 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR :

Autres IT : Recrutés :

Discipline Physique

Mots clés • Accélérateurs• Source d’ions • Ionisation par laser• Amplificateur HF• Chimie de traitement des surfaces

GARDÈS Daniel, Institut National de Physique Nucléaire et Particules (CNRS et UPS) Institut de Physique Nucléaire Orsay - UMR 8608 - MUELLER Alex, Institut de physique nucléaire Orsay

Plate forme laser

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursRéalisation du projet dans le cadre d’un ensemble constitué d’un pole accélérateur « ALTO », banc de test pour SPIRAL2 et d’une plate forme technologique « SUPRATech »de recherche et développement sur les cavités accélératrices supraconductrices. Ces deux ensembles ont été réalisés simultanément au programme ANR qui a donc contribuéà équiper une partie de ces deux ensembles technologiques (investissement sur 4 ans de l’ordre de 10 M€).

Résultats majeursLes échéances et les budgets ont été respectés. Les bancs de tests listés en résumé du projet sont tous installés. La source de puissance et le séparateur hors ligne sontopérationnels. La chimie de préparation des surfaces et le laser d’ionisation seront en fonction début 2009.

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Colloques :


Jusqu’à récemment, l’optique non-linéaire a été principalement développéeautour de processus conservatifs, la dissipation étant perçue comme un aspect

néfaste de la réalité expérimentale qu’il fallait réduire au mieux. Pourtant,l’utilisation de phénomènes dissipatifs non-linéaires doit permettre l’émergencede nouvelles fonctionnalités dynamiques, grâce aux propriétés d’auto-organisation des systèmes non-linéaires ouverts. Ces fonctionnalités doiventprésenter un potentiel applicatif dans le domaine de l’acheminement et dutraitement tout-optique de l’information, comme dans celui du développement delasers à impulsions ultracourtes. Le contrôle de la dissipation non-linéaire doit permettre la formation de nouveauxtypes de solitons, dénommés récemment « solitons dissipatifs », qui possèdent de

remarquables propriétés de robustesse. Nous avons exploré différentes facettes dela dynamique d’un système dissipatif non-linéaire en régime d’impulsionscourtes, participant activement au développement du concept de soliton dissipatif.Dans le cadre de ce projet, nous avons développé l’étude et le contrôle dedynamiques non-linéaires d’impulsions courtes en cavité optique (théorie etexpérience), et l’étude de solitons spatio-temporels dissipatifs (théorie). Nousavons également initié expérimentalement l’étude de résonateurs à microfibres,dont l’objectif principal est le développement de bistables optiques.

Résumé

Contrôle des Structures Optiques Dissipatives :molécules solitons, nouveaux solitons

spatio-temporels et applications

Phillipe Grelu

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Acronyme NEOSOLITONSEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 170 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 60


Discipline Physique

Mots clés • Solitons dissipatifs • Solitons spatio-temporels • Dynamique non-linéaire• Laser à fibre optique• Impulsions ultracourtes

Philippe GRELU, Institut Carnot de Bourgogne, UMR 5209 CNRSRésonateur à microfibres

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursUne difficulté scientifique majeure est de trouver des leviers de contrôle efficaces sur des systèmes dynamiques non-linéaires non-intégrables possédant un nombre infini dedegrés de liberté, qui dépendent d’un nombre de paramètres relativement important. L’exploration a donc eu recours de manière intensive aux simulations numériques. La démonstration expérimentale de balles de lumière dissipatives (solitons spatio-temporels) a été jugée trop complexe à mener dans le cadre de ce projet. Le voletexpérimental s’est déroulé dans le contexte de l’optique guidée (fibres optiques) et des solitons dissipatifs temporels. La difficulté de recrutement de doctorants durant la première moitié du projet a aussi été ressentie.

Résultats majeursNous avons démontré pour la première fois : - l’existence d’états de vibration au sein d’une « molécule » composée de deux solitons temporels optiques dissipatifs en interaction, formant un état lié, ainsi que celled’autres oscillations (pseudopériodiques, intermittentes) de molécules soliton-soliton (théorie + expérience). - l’existence de balles de lumière stables dans le régime de dispersion chromatique normal ainsi que celle de complexes stables formés de deux balles de lumières (théorie).

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ces• J. M. SOTO-CRESPO, PH. GRELU, N. AKHMEDIEV, “Optical bullets and “rockets” in

nonlinear dissipative systems and their transformations and interactions”, Optics Express,Vol. 14, N°9, 4013-4025 (2006).

• M. GRAPINET AND PH. GRELU, “Vibrating soliton pairs in a mode-locked laser cavity”,Optics Letters, Vol. 31, N°14, 2115-2117 (2006).

• J.M. SOTO-CRESPO, PH. GRELU, N. AKHMEDIEV AND N. DEVINE, “Soliton complexes indissipative systems: Vibrating, shaking and mixed soliton pairs”, Physical Review E, Vol.75, 016613 (2007).

• N. AKHMEDIEV, J.M. SOTO-CRESPO, AND PH. GRELU, “Spatio-temporal optical solitons innonlinear dissipative media: from stationary light bullets to pulsating complexes”, invitedpaper, Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, Vol. 17, 037112 (2007). G. VIENNE, Y. LI, L. TONG, AND PH. GRELU, “Observation of a nonlinear microfiberresonator”, Optics Letters Vol. 33, N°13, 1500-1502 (2008).

• N. AKHMEDIEV, J.M. SOTO-CRESPO, AND PH. GRELU, “Roadmap to ultra-short recordhigh-energy pulses out of laser systems”, Phys. Lett. A, Vol. 372, 3124-3128 (2008).

Invitées•SIAM Conference on Nonlinear Waves and Coherent

Structures, 21-24 July, Rome, Italy (2008).•Asia Optical Fiber Communication & Optoélectronic

Exposition Conference, 17-19 October, Shanghai, China(2007).

•Progress in Electromagnetic Research Symposium,Beijing (China), March 26-30 (2007).

•ICo PA’08 -Photonics and their Applications, December12-15, Algiers, Algeria (2008).

Colloques : 21


Notre but était de réaliser un dispositif expérimental à deux cavitéssupraconductrices de très grand facteur de qualité, d’y piéger des champs

quantiques de quelques photons et d’induire grâce à des atomes traversant un àun ces cavités des corrélations quantiques non-locales. Une condition essentielleà remplir était la mise au point de cavités Fabry-Perot micro-onde présentant untemps de relaxation beaucoup plus long que celui des meilleures cavités réaliséesjusque là. Dès le début de la Mise en œuvre de ce projet, nous sommes parvenus,en collaboration avec le CEA, a réaliser des paires de miroirs de cuivre recouvertspar une fine pellicule supraconductrice, dont les qualités géométriques etélectriques permettent au rayonnement de rebondir plus d’un milliard de fois (voirFigure). La lumière reste piégée entre ces miroirs pendant plus d’un dixième de

seconde. Une durée de vie aussi longue des photons nous a permis, avantd’aborder les expériences à deux cavités, de réaliser des expériences trèsambitieuses de mesure quantique sur le champ piégé dans une seule cavité, quenous ne pensions pas possibles au moment où nous avons préparé notre projet.Nous avons ainsi, pour la première fois, été capables de compter sans les détruiredes photons piégés dans une cavité ainsi que de générer et reconstruire des étatsnon-classiques du champ (états « chats de Schrödinger »). Ces expériences, quiconstituent une nouvelle façon de « voir » la lumière, ouvrent la voie à desétudes encore plus fines du rayonnement à la limite entre le classique et lequantique.

Résumé

Champs mésoscopiques non-locaux en électrodynamique quantique en cavité

Serge Haroche

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Acronyme Non local CQEDEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 210 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 45


Discipline PhysiqueMots clés • Optique quantique

• Electrodynamique quantique encavité

• Information quantique• Mesure quantique• Intrication

Laboratoire Kastler Brossel de l’ENSLa cavité Fabry Perot à miroirs supraconducteurs piégeant les photons micro-onde pen-

dant plus d’un dixième de seconde.

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursIl nous reste à mettre au point deux cavités identiques à celle qui nous a permis de réaliser les expériences de comptage non-destructif (QND) de photons, à accorder cesdeux cavités à la transition atomique et à les coupler au jet d’atomes de Rydberg. Ces opérations sont très délicates en raison des risques élevés de contamination des miroirsau moment du montage et de la gamme réduite d’accord de fréquence dont nous disposons à basse température. Dès que deux cavités seront disponibles, nous pourronsréaliser les expériences d’intrication de champs entre elles. Ces expériences exploiteront les méthodes de mesure QND et de reconstruction d’états que nous avons mises aupoint au cours de la réalisation de ce projet.

Résultats majeursRéalisation d’une cavité micro-onde piégeant les photons pendant un temps record. Observation des sauts quantiques de la lumière . Mesure non-destructive (QND) résolvantdes champs de plusieurs photons et suivant leur évolution dans le temps. Génération d’états de Fock à plusieurs photons et mesure de leur durée de vie. Reconstructiond’états non-classiques du champ piégés dans une cavité. Réalisation d’un film de la décohérence d’un état «chat de Schrödinger» de la lumière. Cet état est la superpositioncohérente de deux champs classiques de phases différentes. Il évolue sous l’effet de la décohérence vers un mélange statistique classique de ces états. Observation de l’effetZenon quantique sur un champ piégé dans une cavité.

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ces•1. S.Kuhr, S.Gleyzes, C.Guerlin, J.Bernu, UB.Hoff, S.Deléglise, S.Osnaghi, M.brune, J-

M.Raimond, S.Haroche, E.Jacques, P.Bosland and B.Visentin “Ultrahigh finesse Fabry Perotsuperconducting resonator”, Appl.Phys.Lett. 90, 164101 (2007).

•2. S. Gleyzes, S.Kuhr, C. Guerlin, J. Bernu, S. Deléglise, U. Busk Hoff, M. Brune, J-M.Raimond and S. Haroche, «Quantum jumps of light recording the birth and death of aphoton in a cavity », Nature, 446, 297 (2007).

•3. C.Guerlin, J.Bernu, S.Deléglise, C.Sayrin, S.Gleyzes, S.Kuhr, M.Brune, J-M.Raimond andS.Haroche “Progressive field-state collapse and quantum non-demolition photon counting”,Nature, 448, 889 (2007).

•4. S.Deléglise, I.Dotsenko, C.Sayrin, J.Bernu, M.Brune, J-M.Raimond and S.Haroche,“Reconstruction of non-classical cavity field states with snapshots of their decoherence”,Nature, 455, 510 (2008).

•5. J.Bernu, S.Deléglise, C.Sayrin, S.Kuhr, I.Dotsenko, M.Brune, J-M.Raimond and S.Haroche“Freezing a coherent field growth in a cavity by quantum Zeno effect”, Phys.Rev.Lett. 101180402 (2008).

•6. M.Brune, J.Bernu, C.Guerlin, S.Deléglise, C.Sayrin, S.Gleyzes, S.Kuhr, I.Dotsenko, J-M.Raimond and S.Haroche, “Process Tomography of field damping and measurement ofFock state lifetimes by quantum nondemolition photon counting in a cavity”, Phys.Rev.Lett.101, 240402 (2008).

Invitées•1. S.Haroche : Conférence « Asia Quantum Information

Science », Beijing, Chine. Septembre 2006. •2.M.Brune, à « Coherence and Quantm Optics IX »,

NY, USA, Juin 2007.•3.S.Haroche, ICOLS, International Conference on Laser

Spectroscopy, Telluride, Colorado, USA (Juin 2007). •4.S.Haroche, ICAP 2008, Internaional Conference in

Atomic Physics, Storrs, Connecticut, Etats-Unis, Aout2008.

•5.S.Haroche, ISPQT, International Symposium onPhysics of Quantum Technology, Nara, Japon. Novembre2008.

Colloques : 30


Le LCM3B est engagé dans le développement du logiciel MoPro (MOlecularPROperties) d’affinement cristallographique à très haute résolution. Ce logiciel

est généraliste par son champ d’application: petites et macro-molécules,organométalliques, zéolithes. Le LCM3B développe aussi une librairie d’atomesmultipolaires qui décrit la densité électronique expérimentale des fonctionschimiques dans les protéines. Avec la librairie d’atomes transférables, nosanalyses structurales sont plus précises que d’autres logiciels qui fontl’approximation de l’atome sphérique. Le calcul des énergies d’interactionélectrostatique sera implémenté dans le logiciel. Notre estimation de l’énergieélectrostatique sera beaucoup plus juste qu’avec un modèle simple de chargesponctuelles atomiques. Pour élargir son champ d’application, la librairie sera

généralisée des protéines aux groupements chimiques courants. Nosméthodologies auront les applications suivantes : les complexesprotéines/ligands à intérêt pharmaceutiques : prédiction de l’affinité comparativedes différents ligands, drug design (aldose réductase humaine). les médicamentsétudiés aux laboratoires SPMS/PPB : anti-inflammatoires non-stéroïdiens et leurscomplexes métalliques, les inhibiteurs de l’intégrase du virus VIH, les nouveauxantitumoraux comme la céphalotaxine.

Résumé

Librairie d’atomes non-sphériques : vers le calcul précis des énergies d’interaction

dans les biomolécules & azolithesChristian Jelsch

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Acronyme LibrarEnergy Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 300 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 140


Discipline Physique

Mots clés • Densité électronique• Electrostatique • Cristallographie• Médicaments• Logiciel

JELSCH Christian, Laboratoire de Cristallographie et de Modélisation des Matériaux Minéraux et Biologiques. (LCM3B). Faculté des Sciences et Techniques. Nancy UMRCNRS 7036. - NourEddine GHERMANI, Laboratoire Physico-Chimie - Pharmacotechnie - Biopharmacie. (PPB). Université Paris Sud 11, Faculté de Pharmacie. CNRS UMR8612 - Anne SPASOJEVIC, Laboratoire Structures, Propriétés, Modélisation des Solides. (SPMS). Ecole Centrale Paris. UMR CNRS UMR 8580

Les doublets électroniques sont différents sur l’atome OH d’une sérine et d’une tyrosine.

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLe développement d’un logiciel tel que MoPro demande beaucoup d’efforts pour avoir une bonne qualité (gestion des erreurs, réparation des bugs, maintenance,documentation…) en plus du développement de nouvelles fonctionnalités. La définition des types d’atomes dans une librairie généralisée est sophistiquée, elle se base sur la géométrie locale et la connectivité des atomes. Pour les groupespolarisables tels que O=C et O-H contenant de l’oxygène, il nécessaire de connaitre les atomes voisins jusqu’au troisième niveau. Les calculs d’énergie électrostatique devrontêtre complétés ultérieurement par les autres termes d’énergie, notamment de van der Waals.

Résultats majeursAu LCM3B, la librairie d’atomes multipolaires a été réalisée pour les protéines et élargie aux fonctions chimiques communes. La densité de charge de la protéine aldoseréductase humaine a été analysée à très haute résolution. La densité électronique du fidarestat, un inhibiteur de l’aldose réductase, a été déterminée et les interactionsélectrostatiques avec la protéine ont été caractérisées en utilisant le modèle d’atome multipolaire. Le calcul de l’énergie électrostatique a été codé dans le logiciel MoPro etde nouveaux développements méthodologiques (forces agissant sur les atomes) ont été réalisés dans les laboratoires SPMS et PPB. Les propriétés électrostatiques de plusieurscomposés médicinaux y ont été caractérisées par cristallographie à résolution ultra haute (paracétamol, busulfan, Cu-aspirinate…).

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ces•Zarychta, B., Pichon-Pesme, V., Guillot, B., Lecomte, C. & Jelsch, C. (2007). Acta

Cryst.A63,108-125. On the application of an experimental multipolar pseudo-atom libraryfor accurate refinement of small-molecule and protein crystal structures.

•Guillot, B., Jelsch, C., Podjarny, A. & Lecomte, C. (2008). Acta Cryst. D64, 567-588.Charge density analysis of a protein structure at subatomic resolution: the human AldoseReductase case.

•Domagala S. & Jelsch C. (2008). J. Appl. Cryst. 41. 1140-1149. Optimal local axes andsymmetry assignment for charge-density refinement

•Courcot B., Firley D., Fraisse B., Becker P., Gillet JM. , Pattison P., Chernyshov D., SghaierM., Zouhiri F., Desmaële D., d'Angelo J., Bonhomme F., Geiger S., Ghermani N.E. J. Phys.Chem. B, 2007, 111,6042–6050. Crystal and Electronic Structures of Magnesium(II),Copper(II), and Mixed Magnesium(II)?Copper(II) Complexes of the Quinoline Half ofStyrylquinoline-Type HIV-1 Integrase Inhibitors

•Novakoviç SB., Bogdanoviç GA., Fraisse B., Ghermani NE., Bouhmaida N. & Spasojeviç-deBiré A. J. Phys. Chem. A, 2007, 111, 13492–13505. Topological Features of BothElectron Density and Electrostatic Potential in the Bis(thiosemicarbazide)zinc(II) DinitrateComplex.

•Bouhmaida N & Ghermani NE. (2008) Chem. Phys. 10, 3934–3941. Advances in electricfield and atomic surface derived properties from experimental electron densities.

Invitées•International Symposium on Membrane Proteins and

High Resolution X-ray Structural Analysis. HyogoUniversity, Japan. 1st September 2008.

•Gordon Research Conference on Electron Distribution andChemical Bonding: Dynamics and Densities. MountHolyoke College, South Hadley, MA USA. 1-6 July2007.

•24th European Crystallographic Meeting. Marrakech.August 22-27, 2007.

•European Charge Density Meeting series, ECDM-5. 6-11jun 2008. Como. Italy.

•Sagamore XV: 13 - 18 August 2006. Warwick, UK.

Colloques : 19


Ce projet concerne la photophysique et la photochimie de molécules, deradicaux ou d’assemblages moléculaires, neutres ou ioniques, impliqués dans

les processus réactionnels qu’ils soient d’intérêt atmosphérique, chimique oubiologique. Nous développons auprès du serveur laser SELA un montageexpérimental versatile et mobile comprenant des sources de moléculesbiologiques (MALDI, optospray), d’ions (électrospray, décharge), de radicaux(pyrolyse, photolyse) ou d’agrégats (évaporation laser) refroidis en jetsupersonique couplées à deux détections : une détection de fluorescence et unedétection avec un spectromètre de masse à temps de vol. Ce montage sera utilisépour développer l’activité des équipes de recherche participant à ce projet,

recherches qui s’articulent autour de la compréhension détaillée des processusphotoinduits. Au sein de cette thématique, différents axes de recherches, allant del’étude des interactions moléculaires (liaison hydrogène, reconnaissance chirale)à la relation structure/dynamique dans les acides aminés et petits peptides enpassant par l’étude des radicaux pour la combustion, les plasmas froids et lesatmosphères planétaires vont se développer. Le serveur laser étant une structureouverte, ce montage expérimental polyvalent accueille les équipes qui ledemandent.

Résumé

Photophysique et photochimie de systèmesmoléculaires complexes en phase gazeuse

au Serveur Laser (SELA) de l’Université Paris Sud

Christophe Jouvet

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Acronyme SELAEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 225 400 €Personnels (H-m) C + EC + IR :120

Autres IT : Recrutés :

Discipline Physique

Mots clés • Lasers• Chimie physique• Ultraviolet sous vide• Jet supersonique• Zero Kinetic Energy Electron

JOUVET C., Centre Laser CLUPS, Université Paris-Sud Alcaraz C. (CR1 CNRS) Laboratoire de Chimie-PhysiqueUMR 8000, Université Paris-Sud - DESFRANÇOIS C. Laboratoire de Physique des Lasers, UMR 7538, Institut

Galilée, Université Paris Nord - BROQUIER M., Laboratoire de Photophysique Moléculaire UPR3361, Université Paris-Sud

Montage expérimental réalisé : le montage avec le spectromètre de masse (second plan)est relié au monochromateur qui filtre le VUV (premier plan)

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Résultats majeursMise en évidence de la délocalisation des électrons dans les états excité des systèmes à transfert de proton à l’état fondamental Phenol-(NH3)n.Photofragmentation des molécules protonées : états électroniques excités du dimère de benzène protoné. Spectroscopie de photoionisation des radicaux d'hydrocarbures CxHy : production de radicaux CxHy. par pyrolyse d'un précurseur et spectroscopie du cation CxHy+ par latechnique d'ionisation par champ PFI-ZEKE (allyle, carbène).

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ces•Role of the intermolecular vibrations in the hydrogen transfer rate: The 3-methylindole-NH3

complex David, O.; Dedonder-Lardeux, C.; Jouvet, C.; Sobolewski, A. L.,. Journal of PhysicalChemistry A 2006, 110 (30), 9383-9387

•On the role of dissociative pi sigma* states in the photochemistry of protonated tryptamineand tryptophan: An ab initio study. Gregoire, G.; Jouvet, C.; Dedonder, C.; Sobolewski, A. L.,Chemical Physics 2006, 324 (2-3), 398-404.

•Ab initio study of the excited-state deactivation pathways of protonated tryptophan andtyrosine.Gregoire, G.; Jouvet, C.; Dedonder, C.; Sobolewski, A. L., Journal of the AmericanChemical Society 2007, 129 (19), 6223-6231

•Electronic spectra of 7-azaindole/ammonia clusters and their photochemical reactivity. YunaKoizumi, Christophe Jouvet, Tsuji Norihiro, Shun-ichi Ishiuchi, Claude DedonderLardeux andMasaaki Fujii J. Chem. Phys. 2008, 129, 104311.

•UV Photoinduced dynamics in protonated aromatic amino acid. G. Gregoire1, B. Lucas, M.Barat, J.A. Fayeton, C. Dedonder-Lardeux, and C. Jouvet, EPJ D 2008 sous presse.

•Biradicalic excited states of zwitterionic phenol-ammonia clusters Alvaro Carrera, Iben B.Nielsen, Pierre Carcabal, C. Dedonder-Lardeux, Michel Broquier, Christophe Jouvet,Wolfgang Domcke, and Andrzej Sobolewski J. Chem. Phys. 2008 accepté.

Invitées•Sendai International symposium on Molecular Cluster

Spectroscopy, 29-31 May 2006, Sendai, Japan•XIV Congreso Congreso Argentino de Fisicoquímica,

Termas de Rio Hondo Argentine) mai 2005•Symposium on Atomic, Cluster and Surface Physics

(SASP) 20-25 January 2008, Les Diablerets, Suisse•MOLEC XVII, St Petersbourg 23-28 aout 2008•“Isolated Biomolecules and Biomolecular Interactions:

Theory and Experiment" conference Valladolid 13-18avril 2008

Colloques : 11


Malgré des avantages potentiels décisifs (très haute résolution, exactitude), laspectrométrie par TF (transformée de Fourier) n'existe pas dans le domaine

VUV en dessous de ~~140 nm, en raison de l'impossibilité de fabriquer les lamesséparatrices nécessaires aux interféromètres. Or, les besoins des physico-chimistesde la phase gazeuse ne sont pas correctement couverts en absorption par lesspectromètres à réseau du domaine, dont le Pouvoir Résolvant (PR) est au mieuxde 2.105. Nous avons proposé en 1996 de supprimer le problème de laséparatrice, en substituant au système interférométrique usuel (à divisiond'amplitude) un système à division de front d'onde, par nature sans séparatrice.Un prototype a été construit (thèse de Nelson de Oliveira, 2001), pour valider les

principes de réalisation; en 2003, il a donné vers =200 nm le premier spectreau monde obtenu avec ce type d'instrument (bandes de l'oxygène, résolution 0.36 cm-1). Le but du projet est de réaliser un instrument amélioré, installé surla ligne DESIRS de SOLEIL, au service de la communauté scientifique. Cetinstrument devra fonctionner sous ultra-vide, en large bande, jusqu'à =40 nm,avec un PR maximum de 106. Un "environnement échantillon" spécifique, jetmoléculaire polyvalent (molécules refroidies, radicaux) et cellule d’absorption,sera créé et inséré sur la ligne DESIRS en amont du spectromètre, pour exploiterau mieux la très haute résolution disponible.

Résumé

Spectromètre d'absorption à très haute résolution par transformation de

Fourier dans le VUV profond

Denis Joyeux

51

Acronyme VUV-STFEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 220 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 60


Discipline Physique

Mots clés • Lasers-Optique-Atomes-Molécules• Astronomie milieu interstellaire• Planétologie et atmosphères

planétaires

JOYEUX Denis, Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'OptiqueDe OLIVEIRA Nelson, Société Civile Synchrotron SOLEIL

Vue générale CAO du spectromètre (partiellement éclatée)

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes principes de conception avait été démontrés dès 2001/2003, les points durs restants étaient:- La réalisation d'une optique originale complexe, avec des tolérances de fabrication et d'assemblage très élevées; - La réalisation d'un dispositif électromécanique complexe (3 moteurs pas-à-pas, 4 picomoteurs, 3 détecteurs, glissières) compatible avec l'ultra-vide propre (sanshydrocarbures);- L'obtention d'un échantillonnage régulier aux normes exigées par l'objectif d'un spectre correctement résolu jusqu'à λ=40 nm.

Résultats majeursL'enceinte du spectromètre a atteint très rapidement un vide de l'ordre de 10-8 mbar. La pression est actuellement stabilisée a 4 10-9 mbar.Des essais systématiques ont été conduits en 2008 pour évaluer d'une part la résolution, d'autre part l'exactitude et la fidélité de l'échelle spectrale. La résolution est nominalesur tout le domaine de fonctionnement, permettant un PR de l'ordre de 700 000, pour des interférogrammes comportant 106 échantillons. Ce PR est augmenté de façonsignificative si l'on exploite au maximum la course de balayage permise par l'instrument (mode de fonctionnement testé). La précision de l'échelle spectrale estintrinsèquement meilleure que 10-6 (précision relative). Elle peut être portée à quelques 10-7 par l'utilisation de raies VUV étalonnées par ailleurs (par spectrométrie laser,par exemple).

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•OSA topical meeting - Fourier Transform Spectroscopy –Vancouver (Avril 2009)

Colloques : 4


Le projet FemtOrages visait à évaluer la faisabilité d’un déclenchement defoudre par des impulsions laser ultrabrèves (fs) et de forte puissance (TW). Il

repose sur le processus de filamentation, un mode de propagation non-linéaireautoguidé spécifique des impulsions laser ultra-brèves et ultra-intenses. Lesfilaments permettent d’ioniser l’air sur des dizaines voire des centaines de mètres,fournissant un conducteur électrique, que l’on peut placer à volonté à proximitéd’un nuage d’orage. Nous avons montré qu’ils peuvent traverser un nuage ou unerégion turbulente, même étendue. Nous avons également démontré qu’il estpossible d’optimiser la filamentation à distance grâce à un modulateur optique etun algorithme génétique en boucle fermée.

Parallèlement, nous avons montré qu’une impulsion longue (nanoseconde)suivant l’impulsion femtoseconde augmente l’efficacité du guidage des déchargesélectriques sur quelques mètres, et nous avons défini le délai optimal entre lesdeux impulsions, qui est de l’ordre de 500 ns à 1 µs. Finalement, nous avonsmontré, que, lors d’expériences de terrain au Nouveau-Mexique, les filamentsgénérés par notre laser ont déclenché des décharges couronnes, précurseursd’éclairs, dans des nuages d’orage.

Résumé

FemtOrages

Jérôme Kasparian

53

Acronyme FemtOragesEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 550 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 171


Discipline Physique

Mots clés • Laser ultrabref• Optique non-linéaire • Foudre• Propagation atmosphérique

KASPARIAN Jérôme, Laboratoire de spectrométrie ionique et moléculaire (LASIM), UMR CNRS / Université Lyon 1 -MYSYROWICZ André, Laboratoire d’optique appliquée (LOA), UMR CNRS / ENSTA / Ecole Polytechnique - WOLF Jean-Pierre, Groupe de physique appliquée (GAP), Université de Genève, Suisse -WÖSTE Ludger, Institut für Experimentalphysik,Freie Universität Berlin, Allemagne - SAUERBREY Roland, Forschungszentrum Rossendorf, Dresden, Allemagne

Estelle Salmon, ingénieur de recherches au Laboratoire Spectrométrie ionique et molé-culaire (Lasim), responsable du Téramobile, règle le laser à l'approche d'un orage. ©Claude Delhaye, CNRS Images photothèque.

le programmeblanc

54

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursGénération d’une densité importante de plasma dans les filaments à plus de 100 m. Possibilité d’entretenir le plasma pour atteindre une durée de vie très supérieure à1 µs. Disponibilité de modèles suffisamment complets d’évolution du plasma créé par les filaments, dans un champ électrique. Verrous organisationnels. Autorisations administratives de tir laser pour les campagnes de terrain.

Résultats majeursLa turbulence n’est pas une limite à la transmission des filaments dans l’atmosphère. Un modulateur de phase permet d’optimiser les filaments.Une seconde impulsion femtoseconde ne permet pas d’allonger la durée de vie du plasma. Mais une impulsion nanoseconde améliore l’efficacité du contrôle de déchargesde haute tension par les filaments. Les filaments peuvent guider des décharges électriques permanentes de fort courant. Les filaments peuvent déclencher des déchargescouronnes, précurseurs d’éclairs, dans un nuage d’orage.

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ces• Roland Ackermann, Estelle Salmon, Noëlle Lascoux, Jérôme Kasparian, Philipp Rohwetter,

Kamil Stelmaszczyk, Shaohui Li, Albrecht Lindinger, Ludger Wöste, Pierre Béjot, LuigiBonacina, Jean-Pierre Wolf, Optimal Control of Filamentation in Air, Applied Physics Letters89, 171117 (2006)A. Houard, C. D’Amico, Y. Liu, Y. B. André, M. Franco, B. Prade, E. Salmon, P. Pierlot, L.-M. Cléon, A. Mysyrowicz, High Current Permanent Discharges in Air Induced byFemtosecond Laser Filamentation, Applied Physics Letters 90, 171501 (2007) Rami Salamé, Estelle Salmon, Roland Ackermann, Jérôme Kasparian , Jean-Pierre Wolf,Propagation of laser filaments through an extended turbulent region, Applied PhysicsLetters, 91, 171106 (2007)G. Méjean, R. Ackermann, J. Kasparian, E. Salmon, J. Yu, J.-P. Wolf, K. Rethmeier, W.Kalkner, P. Rohwetter, K. Stelmaszczyk, L. Wöste, Improved laser triggering and guiding ofmegavolt discharges with dual fs-ns pulses. Applied Physics Letters. 88, 021101 (2006)C. D'Amico, A. Houard, M. Franco, B. Prade, A. Couairon, V.T. Tikhonchuk, A. Mysyrowicz,Conical forward THz emission from femtosecond laser filamentation in air. Physical ReviewLetters 98, 235002 (2007)J. Kasparian, R. Ackermann, Y.-B. André, G. Méchain, G. Méjean, B. Prade, P. Rohwetter,E. Salmon, K. Stelmaszczyk, J. Yu, A. Mysyrowicz, R. Sauerbrey, L. Wöste, and J.-P. Wolf,Electric Events Synchronized with Laser Filaments in Thunderclouds. Optics Express. 16,5757-5763 (2008).

Brevets- Brevet #05805603.7-1242-FR20052242 (publié en mars 2006)- Dépôt 0755300 le 29/05/2007.- Brevet PCT/FR2007/051692 déposé le 24/01/2008

Invitées•Mysyrowicz, Nonlinear propagation of intense short laser

pulses in transparent media, Frontiers of NonlinearPhysics 2007, 3-9 juillet 2007, Nizhny Novgorod,Russie

•J. Kasparian, R. Salamé, N. Lascoux, E. Salmon, J.P.Wolf, Laser filamentation through turbulence, Icono/LAT2007. 2007. Minsk, Biélorussie.

•J.P. Wolf et al., Femtosecond Lidar and conherentcontrol, Frontiers in Optics/Laser Science conference.2007. San Jose.

•J. Kasparian, et al. Filament-induced electric events inthunderstorms. in 2nd International symposium onfilamentation. 2008. Paris.

•J.-P. Wolf, et al. Interactions of Dual-Color Filaments inGases. in 2nd International symposium onfilamentation. 2008. Paris.

Colloques : 16


Les données expérimentales qui seront obtenues du Large Hadron Collider (LHC)en cours de démarrage au CERN serviront de clé pour comprendre la physique

fondamentale au-delà du modèle standard. Une exploitation à fond desexpériences nécessitera le calcul d'un grand nombre de processus de la physiqueconnue, en QCD en particulier, à l'ordre suivant l'ordre dominant (NLO) ou mêmeau-delà. Un exemple très important est celui de la physique de W+jets. Le

projet s’est appuyé sur des développements antérieurs aux nouvelles technologiesde calculs perturbatifs (y compris ceux venants de l'interface de la théorie decordes et la théorie de jauge) pour développer une approche générale etnumérique aux calculs NLO.

Résumé

QCD, Twisteurs, et le LHC

David Kosower

55

Acronyme QCD@LHCEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 120 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 28

Autres IT : Recrutés : 23.75

Discipline Physique

Mots clés • QCD perturbative• Prévisions théoriques pour LHC

Service de Physique Théorique, CEA–SaclayStabilité numérique des amplitudes à 6, 7, et 8 gluons

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursL’approche et le code numérique pour les amplitudes de gluon et de W+3 jets ont été validés dans les derniers six mois. Il reste encore des étapes avant que le code puisseêtre utilisé par des expérimentateurs (comme « librairie » à l’intérieur des logiciels préparés par des théoriciens) : la validation de l’approche complète dans un logiciel pourun processus observable, et la préparation et validation des amplitudes nécessaires pour d’autres processus de fond au LHC. Ces dernières étapes sont en cours.

Résultats majeursAvec des collaborateurs externes au projet, l’investigateur principal (D. A. Kosower) a développé un formalisme analytique complet pour le calcul des amplitudes à une boucle,et ensuite a développé une forme numérique du formalisme, ainsi qu’une implémentation en code pour certaines amplitudes (à plusieurs gluons, et les amplitudes nécessairespour le calcul de W + 2 ou 3 jets à NLO). Avec d’autres collaborateurs, il a développé une formalisme pour inclure les corrections radiatives dans un algorithme de « partonshowering ». Le postdoc du projet a appliqué le formalisme analytique à un calcul d’amplitude avec boson de Higgs ; il a aussi développé une méthode plus efficace pourles termes purement rationnels des amplitudes, ainsi qu’une extension du formalisme pour des masses internes.

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QCD,

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ces• Par C. F. Berger, Z. Bern, L. J. Dixon, D. Forde et D. A. Kosower, Bootstrapping one-loop

QCD amplitudes with general helicities, Phys. Rev. D74:036009 (2006) [arXiv:hep-ph/0604195];

• Par C. F. Berger, Z. Bern, L. J. Dixon, D. Forde et D. A. Kosower, All one-loop maximallyhelicity violating gluonic amplitudes in QCD, Phys. Rev. D75:016006 (2007) [arXiv:hep-ph/0607014];

• Par Z. Bern, L. J. Dixon et D. A. Kosower, On-Shell Methods in Perturbative QCD (article derevue), Ann. Phys. 322:1587 (2007) [arXiv:0704.2798 [hep-ph]];

• Par S. D. Badger, E. W. N. Glover and K. Risager, One-loop phi-MHV amplitudes using theunitarity bootstrap, JHEP 0707:066 (2007) [arXiv:0704.3914 [hep-ph]];

• Par W. T. Giele, D. A. Kosower et P.~Z.~Skands, A Simple shower and matchingalgorithm, Phys. Rev. D78:014026 (2008) [arXiv:0707.3652 [hep-ph]];

• Par C. F. Berger, Z. Bern, L. J. Dixon, F. Febres Cordero, D. Forde, H. Ita, D. A. Kosower, D.Maître, An Automated Implementation of On-Shell Methods for One-Loop Amplitudes,Phys. Rev. D78:036003 (2008) [arXiv:0803.4180 [hep-ph]];

Invitées• Loops & Legs 2006 (Eisenach, Allemagne, 24–28 avril

2006);• 42e Rencontres de Moriond on QCD and Hadronic

Interactions (La Thuile, Italie, 17–24 mars 2007);• 43e Rencontres de Moriond on QCD and Hadronic

Interactions (La Thuile, Italie, 8–15 mars 2008);• Loops & Legs 2008 (Sondershausen, Allemagne,

21–25 avril 2008);

Colloques : 3


Le projet ANR HEP-Cordes propose la recherche scientifique sur quatrethématiques clés de la physique théorique, la physique de particules et

astroparticules :1) Constructions des états de vides de supercordes.2) L’analyse des théories effectives des supercordes en basses énergies.3) Signatures phénoménologiques aux accélérateurs et collisioneurs.

4) Nouveaux développements théoriques: Branes, Correspondance Holographique(AdS/CFT), Univers branaires.Le groupe des chercheurs du projet ANR est composé d’experts scientifiques dansles quatre thématiques proposées ce qui garantit son succès.

Résumé

Théorie de Cordes et Physique aux Accélérateurs

Costas Kounnas

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Acronyme HEP-CordesEdition 2005Durée du projet 24 moisFinancement 270 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 162


Discipline Physique

Mots clés • Supercordes• LHC-CERN• Phénoménologie• Astroparticules• AdS/CFT

Costas KOUNNAS, (LPTENS), FR2687 Fédération de Recherche « Interactions Fondamentales » (FRIF). - Elias KIRITSIS , Centre de Physique Théorique (CPHT), Ecole Polytechnique.

le programmeblanc

Sting Tree.

58


Résultats majeursPendant les quatre premiers semestres ainsi que le premier semestre 2008, les membres du projet ANR ont contribué activement aux quatre thématiques clés de ce projet,en couvrant tous les objectifs avec 114 publications. Plus précisément les travaux effectués par les membres du projet ANR ont été concentrés sur les quatre axes principauxinitialement proposés. Les chercheurs du projet ANR en question ont été particulièrement actifs en donnant des séminaires et en participant aux divers colloques en Franceet à l'étranger. Ils ont également participé activement à l'organisation de diverses conférences, ateliers de travail et colloques.

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s•«Chiral family classification of fermionic Z(2) x Z(2) heterotic orbifold models», A. E. Faraggi, C. Kounnas et J. Rizos, Phys.Lett.B648:84-89,2007, hep-th/0606144.« Axionic symmetry gaugings in N=4 sugra and their higher-dimensional origin », J.-P. Derendinger, P.M. Petropoulos et N. Prezas, Nucl.Phys.B785:115-134,2007,e-Print: arXiv:0705.0008«A New gauge mediation theory», I. Antoniadis, K. Benakli, A. Delgado, et M. Quiros, Adv.Stud.Theor.Phys.2:645-672,2008, hep-ph/0610265«Anomalies, Anomalous U(1)'s and generalized Chern-Simons terms», P. Anastasopoulos, M. Bianchi, E. Dudas et E. Kiritsis, JHEP 0611:057,2006, hep-th/0605225«Metastable String Vacua»,C. Angelantonj et E. Dudas, Phys. Lett. B651 (2007) 239.« Thermal/quantum effects and induced superstring cosmologies », T. Catelin Tristan, C. Kounnas, H. Partouche et N. Toumbas, Nucl.Phys.B797:137-178,2008, e-Print: arXiv:0710.3895

Invitées•« Strings 2008 » CERN, août 2008, Généve, Suisse.

« String Phenomenology», 4 – 9 juin 2007, Frascati,Italie.« The quest for unification : theory confronts experiment », novembre 2006, à Pise, Italie« High energy physics in the LHC era: Theoretical andExperimental Perspectives », LPNHE-Jussieu, Paris, Novembre 13 -17, 2006. « 30 years of Supergravity », 16-20 octobre 2006,IHP, Paris.

Colloques : 16


Le projet NUCLEA proposait d’étudier expérimentalement et théoriquement, auniveau moléculaire, le phénomène de croissance et les propriétés

thermodynamiques de nanogouttelettes. Un dispositif expérimental inédit a étéconçu dans le but de réaliser et de caractériser, par des mesures de sectionsefficaces de collage absolues, le collage d’atomes ou de molécules uniques surdes nanoparticules sélectionnées en taille à l’atome près. Cette expérience étaitsusceptible de donner également des informations sur la transition solide-liquidedans ces nanoparticules. Après une phase de mise au point sur un systèmemodèle, le sodium, l’expérience a été appliquée à l’eau, dans le but d’apporter

un nouvel éclairage microscopique élémentaire sur certains phénomènesimpliqués dans la formation des nuages. L’expérience doit être élargie à desespèces aqueuses hétérogènes contenant des impuretés, notamment de l’acidenitrique et sulfurique, espèces suspectées de constituer les germes de nucléationdes gouttelettes d’eau dans les nuages stratosphériques. Ce projet expérimentals’accompagne d’une étude théorique par dynamique moléculaire et méthodeMonte Carlo des propriétés thermodynamiques des agrégats d’eau purs, protonéset contenant les impuretés mentionnées ci-dessus.

Résumé

Processus élémentaires de nucléation de l’eau et formation des nuages

Jean-Marc L’Hermite

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Acronyme NUCLEAEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 189 300 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 132


Discipline Physique

Mots clés • Agrégats• Nucléation • Transitions de phase• Collisions• Eau

L’HERMITE Jean-Marc, LCAR, Université de Toulouse, CNRS UMR 5589 P2 - CALVO Florent, LCPQ, Université de Toulouse, CNRS UMR 5626 La cellule de collage

le programmeblanc

60

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursL’expérience projetée est la première au monde de ce type, capable de contrôler et de caractériser le collage d’un atome unique sur des nanoparticules sélectionnées en tailleà l’atome près. Le dispositif expérimental, aujourd’hui opérationnel, est donc unique en son genre. Concernant les expériences visant à mesurer la température de fusion,l’eau pose un problème ardu du fait de la proximité de ses points de fusion et d’ébullition. Ce problème n’est pas encore entièrement résolu.

Résultats majeursUn dispositif expérimental unique en son genre a été mis au point [1]. La loi d’évolution avec la taille des sections efficace de collage d’agrégats a été mesurée pour lapremière fois, tous types d’agrégats confondus [2]. D’abord mesurée pour le sodium, des résultats ont récemment été obtenus pour des agrégats d’eau protonés. Une méthodeoriginale de caractérisation des transitions de phase solide-liquide dans des nanoparticules triées en masse a été mise au point, avec succès, sur des agrégats de sodium [3].Sur le plan théorique, de premiers résultats sur la modification des propriétés thermodynamique et optiques d’agrégats d’eau par la présence d’impuretés ont été obtenus[4,5].

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ces•New device to study unimolecular nucleation, F. Chirot, S. Zamith, P. Labastie and J.-M.

L’Hermite, Rev. Sci. Instrum. 77, 063108 (2006)•Experimental Determination of Nucleation Scaling Law for Small Charged Particles, F. Chirot,

P. Labastie, S.Zamith, and J.-M. L’Hermite, Phys. Rev. Lett. 99, 193401 (2007)•A novel experimental method for the measurement of the caloric curves of clusters, Fabien

Chirot, Pierre Feiden, Sébastien Zamith, Pierre Labastie, and Jean-Marc L’Hermite, J. Chem.Phys. 129, 164514 (2008)

•Structure, stability, and infrared spectroscopy of (H2O)nNH4+ clusters: A theoretical studyat zero and finite temperature, J. Chem. Phys. 129, 154305 (2008)

•Caloric curves of water clusters, J. Douady, F. Calvo, F. Spiegelman, E.P.J.D , special issueproceedings of the ISSPIC XIV conference (2008), in press

Invitées• P. Labastie, F. Chirot, S. Zamith, J.-M. L’Hermite, ‘’A

novel calorimeter device for free clusters’’, Symposiumon size selected clusters (Brand, Autriche, 2007)

• J.-M. L’Hermite, F. Chirot, S. Zamith, P. Labastie,‘’Atom by atom nucleation of sodium and caloriccurves’’, ISACC, (Darmstadt, Allemagne, 2007)

• J.-M. L’Hermite, S. Zamith, P. Labastie, P.Feiden,‘’nucleation and thermodynamics of water clusters’’,XIV International Symposium on Small Particles andInorganic Clusters (ISSPIC XIV), Valladolid, SPAIN(sept. 2008)

Colloques :


L’existence de rayons cosmiques voyageant dans l’univers avec des énergies del’ordre du Joule (1019 eV) compte parmi les grandes énigmes de

l’astrophysique. Quelle est la nature de ces particules ? D'où viennent-elles ? Y a-t-il une limite à leur énergie faramineuse ? Ces rayons cosmiques interagissentparfois avec l'atmosphère terrestre en créant de très grandes gerbes de particulessecondaires. Pour les étudier et compte tenu des flux très faibles à ces énergiesextrêmes (1 particule/siècle/km2 ), la communauté scientifique mondiale doitdéployer des milliers de détecteurs de particules très sophistiqués sur d’immensessurfaces (1500 détecteurs sur 3000 km2 pour le Laboratoire Pierre AUGER enArgentine).

L’objectif de l’ANR CODALEMA est de développer une nouvelle méthode dedétection de ce rayonnement cosmique, en mesurant la bouffée d’ondes radio-électriques produites par leur passage dans l’atmosphère. Cette technique seraitbien moins coûteuse que la précédente car le coût d'une antenne radio estnégligeable face à celui d'un détecteur de particules. Le but est de déterminerl’ensemble des performances de ce nouvel outil de détection, de l’étalonner enénergie, puis de démontrer sa fonctionnalité à une échelle compatible avec celledes grands projets (où il pourrait être exploité intensivement) en développant unréseau d’une vingtaine de stations de radio-détection dites « autonomes ».

Résumé

Une nouvelle fenêtre d’observation en Astronomie et

Astroparticules : CODALEMA, un détecteur d'impulsions radio-électriques

Pascal Lautridou

61

Acronyme CODALEMAEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 590 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 306


Discipline Physique

Mots clés • Physique nucléaire • Particules • Cosmologie • Astroparticules• Physique de l'atmosphère

P. LAUTRIDOU Lesia, SUBATECH Nantes/UMR6457/IN2P3 - A. LECACHEUX, Obs. de Paris/UMR 8109 (LESIA) et USR 704 (Nançay)/INSU - D-H KOANG, LPSC Grenoble,/UMR5821/IN2P3 - A. CORDIER, VAL Orsay/UMR 8607/IN2P3 - G. PLANTIER ESO Angers/Ass. - F. MEYER, CAOB Besançon/MR 6091/INSU - F. LEFEUVRE LPCE Orléans/UMR 6115/INSU

le programmeblanc

62

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursInitier une collaboration la plus large et souple possible afin de développer une méthodologie scientifique entièrement nouvelle. Gagner le pari technologique (à la pointe des possibilités actuelles) en s’appuyant sur des développements techniques déjà pré-existants au sein des différents laboratoiresde l’INSU et de l’IN2P3, sur leur agglomération puis leur finalisation opérationnelle. Déployer le nouveau réseau de stations « autonomes » sur le site expérimental en début 2009, en maîtriser le fonctionnement puis l’exploitation intensive.

Résultats majeurs• L’existence du signal radio électrique associé aux gerbes est fermement confirmée. La méthode de détection est démontrée.• Les méthodes d’analyse évènement par évènement sont établies et validées. • L’interprétation des données démontre qu’il est possible de mesurer l’ensemble des caractéristiques de la gerbe (pied de gerbe, direction d’arrivée, énergie ducosmique) ainsi que l’efficacité de détection. • Le rôle du champ géomagnétique terrestre comme mécanisme principal de l’émission du signal radio est mis en évidence de manière incontestable. • Le réseau de 17 détecteurs de particules mis en coïncidence avec le réseau d'antennes et qui a pour fonction de fournir un trigger et une estimation de l'énergie desgerbes, est opérationnel et en production des données. • Un premier réseau d'antennes dit « câblé » (actuellement 21 dipôles) est opérationnel et en production des données. • La construction du réseau de stations dites « autonomes », qui doit constituer l'aboutissement d'une technique adéquate, sera achevée début 2009.

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ces• O. Ravel et al, Nucl. Instrum. Meth. A 518 (2003) 313.

• D. Ardouin et al, Nucl. Instrum. Meth. A 555 (2005) 148. • D. Charrier et al, Nucl. Instrum. Meth. A 572 (2007) 481 • D. Ardouin et al, Astropart. Phys. 26 (2006) 341.• N. Meyer-Vernet et al., Astronomy & Astrophysics, 480,15-25 (2008).• S. Valcares et al., accepted in Astropart. Phys., to be published in 2009.• D. Ardouin et al., accepted in Astropart. Phys., to be published in 2009• P. Lautridou, accepted in NIM, to be published in NIM 2009.

Invitées•1st International workshop on the Acoustic and Radio

EeV Neutrinos detection Activities, ARENA 2005, DESY,Zeuthen Germany

• 20th EUROPEAN COSMIC RAY SYMPOSIUM, ECRS2006, Lisbonne Portugal.

• LOFAR Workshop 2006, Obs. de Meudon, Paris France2006

• Challenges in Particle Astrophysics, Rencontres de Blois2008, Blois France

• 3rd International workshop on the Acoustic and RadioEeV Neutrinos detection Activities, ARENA 2008, RomeItaly

Colloques : 35


The aim was to investigate emerging field theories in the statistical physics ofdisordered systems and their cross-disciplinary applications, both in condensed

matter and biophysics. These are domains where the field theory encountersdifficulties. The plan followed was to combine various approaches, analyticalmethods and high precision numerics. We have obtained results in three main directions: (i) We have developed and tested the field theory based on the FunctionalRenormalization Group (FRG) and studied applications to disordered systems.

(ii) In two dimensions we have developed methods from conformal field theory(CFT) and Schramm-Loewner Evolution (SLE).(iii) We have developed a field theory of the RNA bio-optimization problem.

Résumé

Théories des champs émergentes dans les systèmes désordonnés et applications

Pierre Le Doussal

63

Acronyme TECESDAEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 200 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 58


Discipline Physique

Mots clés • Systèmes désordonnés - disorderedsystems• Groupe de renormalisation - functionalrenormalization group (FRG) • Théorie conformedes champs - conformal field theory • Bio-optimi-sation - bio-optimization • Graphène - graphene

Pierre LE DOUSSAL et Kay WIESE - Laboratoire de Physique Théorique de l’Ecole Normale Supérieure

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursNumerical methods were used extensively and interesting connections between subjects have been found. Applications range from wetting to disordered electrons and anyonicgases. Other topics such as application of FRG to turbulence, CFT of fermions in disorder (with A Ludwig), have started positively but given the high level of calculationsrequired, are still in progress.

Résultats majeursWe found how to measure the renormalized disorder correlator, the central object of the functional field theory of disordered elastic systems, and tested this idea in numericalsimulations. We gave the first analytical calculation of the distribution of avalanches, and made a novel conjecture that FRG is the field theory of loop erased random walks.We reconciled the two competing theories for glasses: replica symmetry breaking and functional renormalization. We established that interfaces of non-minimal Z(N)conformal field theories are described by SLE. We studied effects of ripples in graphene, and proposed the field theory of the RNA glass transition and a hierarchical modelof the strong coupling phase.

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ces• A. Rosso, P. Le Doussal and K.J. Wiese, Numerical Calculation of the Functional

renormalization group fixed-point functions at the depinning transition, Phys. Rev. B 75(2007) 220201.

• A.A. Middleton, P. Le Doussal and K.J. Wiese, Measuring functional renormalization groupfixed-point functions for pinned manifolds, Phys. Rev. Let. 98 (2007) 155701.

• R. Santachiara, SLE in self-dual critical Z(N) spin systems: CFT predictions, Nucl. Phys. B793 (2007) 396-424.

• J.L. Jacobsen, P. Le Doussal, M. Picco, R. Santachiara, K.J. Wiese, Statistics of Criticalinterfaces in the random-bond Potts model, arXiv:0809.3985

• F. David and K.J. Wiese, Systematic Field Theory of the RNA Glass Transition, Phys. Rev.Let. 98 (2007) 128102, arXiv:q-bio.BM/0607044.

• P. Le Doussal, K.J. Wiese and M. Mueller, Cusps and shocks in the renormalized potentialof glassy random manifolds: How Functional Renormalization Group and Replica SymmetryBreaking fit together, Phys. Rev. B 77 (02 2008) 064203, arXiv:0711.3929.

Invitées•P. Le Doussal and K. Wiese: Organisation of the Program

on Stochastic Geometry and Field Theory: From GrowthPhenomena to Disordered Systems, KITP, UCSB, SantaBarbara, CA, USA, August-December 2006. Threecommunications given there.

• K. Wiese: Glassiness in RNA folding, March Meeting ofthe APS, in topical session ”RNA Folding at theCrossroads Between Molecular Biology and StatisticalPhysics”, Denver, CO, USA, 3/2007.

• P. Le Doussal, Interfaces in random media, shocks andfield theory, in random shapes, representation theoryand conformal ?eld theory IPAM workshop, UCLA, LosAngeles, March 2007.

• K. Wiese : Domain walls in Random Potts, School on”Stochastic Geometry, the Stochastic Loewnerevolution, and Non-Equilibrium Growth processes”,ICTP, Trieste, Italy, 7/2008

• R. Santachiara : Aout 2008: Stochastic Loewnerevolution and scaling limits, CRM de Montreal(Canada), August 2008.

Colloques : 18


De nombreux dépôts de film par voie liquide se font en présence de séchage,avec une ligne de contact se déplaçant sur un substrat. Depuis quelques

années, de nombreuses publications montrent qu’il est possible d’obtenir desdépôts de structures très différentes, en jouant sur la physico-chimie de lasolution. Néanmoins les approches actuelles sont empiriques. Le phénomène esten fait assez complexe : l’hydrodynamique présente une singularité à la ligne decontact, ainsi que la vitesse d’évaporation. La singularité de la vitessed’évaporation entraîne une accumulation forte de soluté sur la ligne de contact.Ces phénomènes ne sont pas encore compris mais sont à la source d’instabilitéspouvant entraîner des organisations mésoscopiques du film (gênantes ou aucontraire intéressantes pour les applications potentielles).

Le but du projet est de développer une approche conjointe d’observations àl’échelle macroscopique (champ de vitesse, instabilité) et microscopique(organisation des dépôts à petite échelle par AFM ou MEB) et physico-chimiques(physico-chimie du substrat et de la solution, organisation et dynamique de lasolution au cours du séchage). Cette approche doit nous permettre d’étudier lesphénomènes de transferts et de physico-chimie qui ont lieu pendant l’avancée etla reculée de ligne de contact de fluides complexes sur des substrats modèles.

Résumé

Déposition de film par voie liquide en présence de séchage

François Lequeux

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Acronyme DEPSECEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 450 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 140


Discipline Physique

Mots clés • Mouillage• Fluides complexes • Evaporation• Singularités• Rhéologie

François LEQUEUX (PPMD/UMR7615) -Laurent LIMAT (MSC/TOLBIAC/PARIS) -Béatrice GUERRIER (FAST/ORSAY)

le programmeblanc

Observation par profilométrie optique d’un dépôt structuré obtenu par séchage d’une suspension colloïdale

66

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursCompréhension et simulation de la dynamique de formation du dépôt.

Résultats majeursCompréhension quantitative sur les phénomènes d’écoulement/séchage/concentration à la ligne de contact.Mise en évidence de l’origine de la force d’accrochage dans un phénomène de stick/slip lors du séchage d’une suspension colloïdale avec déplacement imposé de la lignetriple.

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ces• G.Toussaint, H.Bodiguel, F.Doumenc, B.Guerrier, C.Allain: Experimental characterization of

buoyancy and surface tension driven convection during the drying of a polymer solution, IJHMT, vol. 51, 17-18, pp.4228-4237, 2008.

• H.Bodiguel, F.Doumenc, B.Guerrier: Patterns formation during the drying of a colloidalsuspension; pinning of a receding contact line, EPJ-ST, vol.166, 2009.

• G. Berteloot, C.T. Pham, A. Daerr, F. Lequeux, L. Limat , Evaporation-induced flow near acontact line : consequences on coating and contact angle Europhys. Lett., 83 (1),14003(2008)

• C. Monteux, Y. Elmaallem, T. Narita and F. Lequeux , Advancing-drying droplets of polymersolutions: Local increase of the viscosity at the contact line Europhys. Lett., 83 (3) 34005(2008)

• K. Huraux, T. Narita, C. Fretigny, F. Lequeux Solution Drying and Phase SeparationMorphology of Polyacrylamide/Poly(ethylene glycol)/Water System Macromolecules; 2007; 40(23); 8336-8341.

Invitées

Colloques : 4


L’étude des noyaux loin de la stabilité est l’activité la plus importante pourl’avancement de notre compréhension de l’interaction nucléaire. Le

développement poussé des installations des faisceaux radioactifs sur le planmondial en est la preuve (par exemple EURISOL, GSI-FAIR et SPIRAL-2). Lahausse de la production des noyaux radioactifs amène toujours une augmentationdes contaminants. Afin de suivre ces améliorations en production, l’élaborationdes nouveaux instruments doit être accompagnée par le développement destechniques pour la purification des faisceaux. Un nouveau piège, avec unegéométrie segmentée et circulaire (qui ressemble à un anneau de stockage

miniature) est donc proposé, qui peut simultanément refroidir et effectuer uneséparation en masse afin de s’affranchir des contaminants isobariquessurabondants. Ce cirque d’ions aurait un pouvoir de résolution augmenté pendantque les ions seraient en orbite autour de l’anneau.

Résumé

Un anneau de stockage pour trier les noyaux exotiques

David Lunney

67

Acronyme Le Cirque d’Ions Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 230 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 14


Discipline PhysiqueMots clés • noyaux exotiques (exotic nuclides)

• anneau de stockage (storage ring)• piège à ions (ion trap)• séparateur de masse

(mass separator)• refroidissement d'ions (ion cooling)

LUNNEY David, CSNCM, IN2P3 - NAVILIAT-CUNCIC Oscar, LPC-ENSICAEN, Caen ; CNRS/IN2P3/ENSICAEN - JOKINEN Ari, University of Jyvasyla, Finlande - SEWTZ Michael, Ludwig-Maximilians-Universitaet, Munich, Allemagne - HERFURTH Frank GSI, Darmstadt, Allemagne

Vue de l’étude mécanique montrant l’enceinte de vide et les anneaux à l’intérieur.

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursComme un tel instrument n’a jamais été encore réalisé, il y a plusieurs défis techniques à contourner. La fabrication du cirque était un exploit en soi. L’alimentation enradiofréquence s’est avérée extrêmement difficile compte tenu de la très forte capacité des anneaux segmentés. Enfin, le contrôle « dynamique » des segments, où lespaquets d’ions doivent faire du « surf » sur une série d’impulsions, n’a pas été encore abordé.

Résultats majeursAlors que la preuve d’une augmentation du pouvoir de résolution n’a pas été encore apportée, le cirque a commencé à fonctionner et a notamment montré une flexibilitéremarquable avec la possibilité d’aiguiller un faisceau de particules chargées dans n’importe quel sens.

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ces• E. Minaya-Ramirez, S. Cabaret, D. Lunney,

« The ion circus: A novel circular Paul trap to resolve isobaric contamination »Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 266 (2008) 4460-4465(doi:10.1016/j.nimb.2008.05.057)

Invitées• D. Lunney, « The ion circus: a tabletop, mass-

selective, circular trap» presented at the Workshop on Advanced Laser and Mass SpectroscopyALMAS-1: Innovative Physics Ideas,GSI-Darmstadt, 19-20 October 2006.

Colloques : 5


L’objectif du projet ACCEL1 est de développer un nouveau type d’accélérateurtrès compact qui utilise un plasma créé par laser pour accélérer efficacement

des électrons. Ces accélérateurs peuvent ainsi produire des électrons à desénergies de plusieurs centaines de MeV en un millimètre seulement. Pouratteindre ces énergies, l’impulsion laser va créer une onde de sillage sur laquelleles électrons vont surfer. Les champs électriques sont parmi les plus intensesproduits en laboratoire et atteignent des valeurs de l’ordre de plusieurs decentaines de GV/m. Une nette amélioration de la stabilité et un meilleur contrôledes paramètres du faisceau ont été obtenus en utilisant deux impulsions laser. Lapremière impulsion produit l’onde accélératrice, et la seconde sert au contrôle de

l’injection. Cette méthode simple et élégante permet de plus un meilleur contrôlede l’ensemble des processus physiques. Ces avancées majeures permettentd’envisager avec sérénité leur utilisation pour des applications dans de nombreuxdomaines : sciences du vivant (radiothérapie et radiobiologie), chimie(radiolyse), et sciences des matériaux (radiographie non destructive de la matièredense) ainsi que pour l’étude de schémas de laser à électron libre compact pourla production de faisceaux X et XUV intenses.

Résumé

Accélérateur à Laser-Plasma à 1 GeV

Victor Malka

69

Acronyme ACCEL1Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 450 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 69


Discipline Physique

Mots clés • Laser• Plasma • Accélérateurs• Faisceaux d’électrons• Physique non linéaire

MALKA Victor, LOA ENSTA/CNRS/Ecole polytechnique - LEFEBVRE Erik, CEA/DAM/DIF - VIDEAU Henri, LLR CNRS/IN2P3/ Ecole polytechnique

le programmeblanc

Schéma de principe de l’accélérateur plasma à deux impulsions laser

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursRetard dans la livraison du Bâtiment P (infrastructure), ce qui nous conduit à changer de stratégie, dont la recherche d’un nouveau partenaire (LPTP CNRS/Ecolepolytechnique) pour le développement de décharge plasma.

Résultats majeursL’utilisation de deux faisceaux laser a permis de séparer la phase d’injection de la phase d’accélération. Les mécanismes mis en jeu sont moins non-linéaires et permettentun bien meilleur contrôle de la physique qui se traduit par une très nette amélioration de la stabilité du faisceau d’électrons. Le contrôle des paramètres du faisceau d’électronsest assuré de façon simple et élégante. La charge et la dispersion en énergie peuvent être ajustées (de 10 à 100 pC, et de 1 à 10%) en changeant l’intensité ou la polarisationd’un des deux faisceaux laser. L’énergie des électrons est quand à elle ajustée, de 0 à 300 MeV, simplement en changeant le retard entre les deux impulsions laser. Ledéveloppement de la décharge plasma pour le guidage du laser est achevé, le guidage est en en cours de validation. Ce guide plasma devrait permettre prochainementd’augmenter la longueur accélératrice et d’obtenir des faisceaux électrons de plus grandes énergies.

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ces• Analysis of wakefield electron orbits in plasma wiggler

Kim Ta Phuoc, Sebastien Corde, Romuald Fitour, Rahul Shah, Felicie Albert, Jean-PhilippeRousseau, Fréderic Burgy, Antoine Rousse, Vasily Seredov, and Alexander Pukhov, Physicsof plasmas 15, 073106 (2008).

• Simulation of quasi-monoenergetic electron beams produced by colliding pulse wakefieldacceleration X. Davoine, E. Lefebvre, J. Faure, C. Rechatin, A. Lifschitz, and V. Malka, Physics ofplasmas 15, 113102 (2008).

• Quasimonoenergetic electron beams produced by colliding cross-polarized laser pulses inunderdense plasmasC. Rechatin, J. Faure,A. Lifschitz, X. Davoine, E.Lefebvre, V. Malka, to be published in NewJournal of Physics.

Invitées•Performances of Laser Plasma Accelerators

Victor Malka, J. Faure, C. Rechatin, A. Ben Ismail, J.Lim, E. Lefebvre, X. DavoineECT Trento workshop, Italy, June 21-25 (2008)

• Laser Plasma Accelerators: Principle & applicationsVictor Malka, Princeton, May 21 (2008)

• Performances of laser plasmas acceleratorsVictor Malka, APS/DPP, Dallas, Texas, US, November17-21 (2008).

•Laser plasma accelerators: high quality and tuneableelectron beam Victor Malka, Frontiers in Optics, SanJose, California US, September 16-20 (2007).

Colloques : 6


Notre projet est centré sur une étude expérimentale des nouveaux conceptspour les systèmes électroniques ou magnétiques fortement corrélés,

d’émergence récente, dont la découverte des supraconducteurs à hautetempérature critique a été à l’origine. Les états métalliques au-delà du liquide deFermi, les états de spins fluctuants, les états générés par le couplage entre lesdegrés de liberté de spin et de charge constituent les domaines d’exploration decette nouveauté, sous tendue par des modèles théoriques proches qui lui confèrentune unité thématique.Notre projet fait appel à une synergie interdisciplinaire entre chimie desmatériaux, sondes locales de la physique (RMN et µSR) et études macroscopiquesoriginales de transport et de magnétisme.

Trois grands axes thématiques se dégagent : - les effets du désordre sur les supraconducteurs à Haute température critique,l’effet des défauts non magnétiques : « perturber pour révéler »,- les cobaltites au sodium qui constituent de nouveaux oxydes lamellaires demétaux de transition dans lesquels la supraconductivité a été découverte en 2003et où ordre de charge, ordre magnétique et frustration se côtoient et jouent un rôleessentiel,- l’étude de nouveaux fondamentaux magnétiques fluctuants générés par lafrustration due à la géométrie du réseau tels que les liquides de spin.

Résumé

Etats Fondamentaux Originaux dans les Oxydes :de Nouveaux Matériaux

pour une Nouvelle Physique

Philippe Mendels

71

Acronyme OXYFONDAEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 550 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 237, 6

Autres IT : 57,6Recrutés :

Discipline Physique

Mots clés • Corrélations électroniques• Frustration • Oxydes• Supraconducteurs• Magnétisme

MENDELS Philippe, Laboratoire de Physique des Solides, UMR 8502 CNRS, Université Paris-Sud 11 - RULLIER-ALBENQUE Florence , Service de Physique de l’Etat Condensé, UMR 2464 CNRS - CEA Saclay

Structure lamellaire des cobaltates au sodium.

le programmeblanc

72

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursContrôle du désordre dans les cuprates supraconducteurs. Synthèse parfaitement contrôlée des cobaltites au Na, NaxCoO2, permettant des études fines de structure et decorrélations électroniques en fonction de la composition en Na permettant ainsi d’établir un diagramme de phase générique. Etude d’un composé idéal par exemple kagoméde spin 1/2, dans lequel les effets de frustration dominent la physique basse température et développement des outils basse température associés.

Résultats majeursDans les cuprates supraconducteurs, le magnétisme induit autour des défauts est une source de diffusion des porteurs qui provoque une perte de la cohérence de phase duparamètre d’ordre supraconducteur. Le crossover métal-isolant est associé au désordre non contrôlé. Dans NaxCoO2, la combinaison des études structurales poussées sur deséchantillons bien contrôlés et des études locales a permis de démontrer la présence de corrélations magnétiques et de déterminer leur nature, ainsi que les ordres magnétiqueset structuraux en fonction du dopage en Na. Un point singulier est observé autour de x=0.62 et non 0.5 comme initialement proposé. Un comportement liquide de spin aété pour la première fois observé dans un réseau kagomé antiferromagnétique de spins 1/2 et sa susceptibilité basse température a été mesurée par RMN, ce qui ouvre lavoie aux comparaisons avec les modèles théoriques pour le fondamental.

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ces• F. Rullier-Albenque, H. Alloul, C. Proust, P. Lejay, A. Forget, D. Colson “Total Suppression

of Superconductivity by High Magnetic Fields in YBa2Cu3O6.6”, Phys. Rev. Lett. 99,027003 (2007)

• J.Bobroff, G. Lang, H. Alloul, N. Blanchard, G. Collin, "NMR study of the magnetic andmetal-insulator transitions in Na0.5CoO2: a nesting scenario", Phys. Rev. Lett. 96,107201 (2006).

• H. Alloul, I.R. Mukhamedshin, N. Blanchard, G. Collin, "Na atomic order, Co chargedisproportionation and magnetism in NaxCoO2 for large Na contents", Europhys. Lett. 82,17002 (2008)

• A. Olariu, P. Mendels, F. Bert, F. Duc, J.C. Trombe , M.A. de Vries, A. Harrison, 17O NMRstudy of the intrinsic magnetic susceptibility and dynamics of the quantum kagomeantiferromagnet ZnCu3(OH)6Cl2, Phys. Rev. Lett. 100, 087202 (2008)

• P. Mendels, F. Bert, M.A. de Vries, A. Olariu, A. Harrison, F. Duc, J.C. Trombe, J.S. Lord, A.Amato, C. Baines, "Quantum magnetism in the paratacamite family: Towards an idealkagome lattice", Phys. Rev. Lett. 98, 077204 (2007)

• F. Bert, P. Mendels, A. Olariu, N. Blanchard, G. Collin, A. Amato, C. Baines, A.D. Hillier,"Direct evidence for a dynamical ground state in the highly frustrated Tb2Sn2O7pyrochlore", Phys. Rev. Lett. 97, 117203 (2006)

Invitées•F. Rullier-Albenque: "Disorder, Nernst effect and metal-

insulator crossover in high-Tc cuprates: Internationalconference on superconductivity M2S-HTSC VIII, Dresde,9-14 juillet 2006.

•H. Alloul, “Superconductivity, charge order andanomalous magnetism in cobaltates Na_x CoO_2 ” International conference on Materials and Mechanisms ofSuperconductivity, and High Temperature Superconductors,M2SHTSC 2006 Dresde , 9-14 juillet 2006.

•J. Bobroff: "NMR and mSR in the NaxCoO2 cobaltates"Self-Organized Strongly Correlated Electrons, Seillac,France (2006)

•P. Mendels, F. Bert, A. Olariu: (session pleinière), "SpinDynamics in Frustrated Magnets: From edge- to corner-sharing geometries" International conference HighlyFrustrated Magnetism, Osaka (Août 2006).

•F. Bert, P. Mendels, A. Zorko, A. Olariu : "Frustratedmagnetism in the quantum kagome HerbertsmithiteZnCu3(OH)6Cl2 antiferromagnet", Internationalconference Highly Frustrated Magnetism, Braunschweig(Septembre 2008)

Colloques : 28


Résumé

Fixed Field Synchrotrons Application : Second génération Medical Synchrotron

François Méot

73

Acronyme RACCAMEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 450 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 37,8

Autres IT : 36Recrutés : 24Autres : 84,5

Discipline Physique, Biologie et Santé

Mots clés • Accélération rapide • Accélérateurs à champ fixe • Usines à neutrinos• Hadronthérapie • Prototypage aimant spiral

S. KOX, IN2P3/LPSC - Jean-Luc LANCELOT, SIGMAPHI - Jacques BALOSSO, GCS Hadronthérapie ETOILE

le programmeblanc

Anneau démonstrateur en protons

Le projet RACCAM s'intéresse à la mise en oeuvre de la méthode des « accélérateurs à champ fixe et focalisation forte » (FFAG en anglais – pour

Fixed Field Alternating Gradient accelerator), en vue de l'accélération rapide desfaisceaux instables, tels les faisceaux de muons dans l'usine à neutrinos. Ilpropose un prototypage sur un composant optique clé, l'aimant, dans le cas d'uneoptique FFAG dite « spirale » candidate à l'accélération des muons dans l'usineà neutrinos, et candidate à l'application en hadronthérapie. RACCAM procède àl'évaluation de l'application du concept à une machine pour la protonthérapie.

Au titre de la R&D « usine à neutrinos », RACCAM fournit un cadre à laparticipation aux collaborations internationales dans le domaine (telles FP6-CARE/BENE, ISS-NuFact), et en particulier au projet EMMA, maquette en électron(10 -> 20 MeV) d'un accélérateur pour muons, en construction aujourd'hui auDaresbury Lab. (UK).

74

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes synchrotrons à champ fixe sont basés sur des aimants soit linéaires (des quadrupoles, e.g. EMMA), soit non-linéaires (e.., le design japonais de l'usine à neutrinos baséesur J-PARC). Dans le cas de l'optique linéaire, la dynamique faisceau demande R&D et validation : validation des méthodes de l'accélération rapide, nombres d'onde non-constants, accélération au voisinage du « gamma de transition », etc. Dans le cas de l'optique non-linéaire, l'aimant et la technologie de l'accélération rapide demandentR&D et validation.

Résultats majeursRACCAM a abouti à un design de principe, original (une première du genre), d'anneau FFAG à optique spiral démonstrateur en proton, qui permettrait d'évaluer la dynamiquedans ces machines (telle l'accélération rapide, les caractéristiques de grande acceptance géométrique et en moment, injection et extraction rapides, diagnostiques), et lescomposants technologiques cruciaux comme le système RF, l'aimant, etc. Les paramètres de ce démonstrateur sont orientés vers l'application en « protonthérapie ». Cedesign ouvre en outre la voie à une forme d' « usine à particules », spécificité réservée à la méthode FFAG. RACCAM a permis le prototypage de l'aimant d'une optique spiral candidate à l'usine à neutrinos, et potentiellement intéressante, de par sa compacité, dans l'applicationmédicale.

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ces•Design of a prototype gap shaping spiral dipole for a variable energy protontherapy FFAG,

Th. Planche et al., submitted to NIM A, Oct. 2008. •Principle design of a protontherapy, rapid-cycling, variable energy spiral FFAG, S. Antoine

et al., submitted to NIM A, Oct. 2008. •Developments in the ray-tracing code Zgoubi for 6-D multiturn tracking in FFAG rings, F.

Lemuet, F. Méot, NIM A 547 (2005). •Spiral FFAG lattice design tools. Application to 6-D tracking in a proton-therapy class lattice,

NIM A 589 (2008).•Connexes (faisceaux et machines médicaux) : Uniform, variable size rectangle beam

scanning, Application to hadrontherapy, F. Méot, NIM A 564 (2006), High-precisionsimulation of slow-extraction spill from a hadrontherapy synchrotron, F. Méot, NIM A 595(2008).

Invitées•HB 2004, Bernstein, Germany, Oct. 2004•International Neutrino Factory Workshop NuFact05,

Frascati, Italy, July 2005 •CARE-HHH, CERN, Sept. 2005•CARE-HHH, CERN, Oct. 2008•International School on hadrontherapy « Edwin

McMillan », Erice, April 2009

Colloques : 40


Le projet GRANIT vise à construire un piège à neutrons pour étudier lestransitions résonantes dans un système quantique unique en son genre :

neutrons ultra-froids confinés dans un puits formé par un miroir parfait et lechamp de pesanteur. Ce système se singularise par le fait qu’il est le seul systèmequantique (qui peut être étudié en laboratoire) où le confinement de la particuleest assuré par le champ gravitationnel. La découverte des états quantiques a étéfaite par notre groupe il y a 8 ans et nous sommes en train de passer à l’étapesuivante de l’étude du système – la recherche et l’étude des transitions entre cesétats.

Le projet GRANIT comporte plusieurs tâches : la conception du système (le piègelui-même ainsi que la façon de créer les perturbations contrôlables pour assurerles transitions résonnantes) le choix et les tests des éléments (les miroirs, lescouches réfléchissantes, les détecteurs des neutrons), la salle blanche, la sourcedes neutrons ultra-froids, le guide des neutrons froids, le monochromateur 8.9A,l’infrastructure dédiée à GRANIT, l’assemblage du système et – finalement - lespremières mesures avec les neutrons.Le projet se trouve dans sa phase finale d’assemblage du spectromètre.

Résumé

Search for resonance transitions between the neutron quantum states in the gravitational field

Valery Nesvizhevsky

75

Acronyme GRANITEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 600 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 60


Discipline Physique

Mots clés • Physique nucléaire – Particules• Physique quantique

Valery NESVIZHEVSKY, Institut Laue-Langevin, Grenoble -Konstantin PROTASOV, Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, Grenoble Jean-Marie MACKOWSKI, Laboratoire Matériaux Avancés, Villeurbanne

The installation scheme.

le programmeblanc

76

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursOrganisationnel : définir le statut permanent de GRANIT à l’ILL. Technologiques : Construire la salle blanche dédiée à GRANIT ; construire la ligne d’extraction des neutronsfroids du réacteur de l’ILL (les guides, le monochromateur, l’infrastructure) ; produire les neutrons ultra-froids à l’intérieur de la source super-thermique et les transportervers GRANIT sans perte significative. Scientifique : étudier les états quantiques gravitationnels.

Résultats majeursL’analyse du programme physique qui pourrait être réalisé avec le spectromètre GRANIT a été faite, voir [1]. Nous avons étudié expérimentalement la probabilité de laréflexion spéculaire des neutrons ultra-froids par les miroirs produits à partir de matériaux-candidats [2] et nous avons calculé les facteurs principaux des pertes des neutronsdans le piège. Nous avons proposé et vérifié [3] la méthode d’extraction des neutrons ultra-froids des sources super-thermiques. Nous avons développé une théoried’interaction des neutrons avec la surface rugueuse [4]. Nos contraintes pour les forces supplémentaires fondamentales dépendantes du spin sont incluses dans PDG-2008[5]. On a observé les états quantiques centrifuges et modèles «quantum revivals» pour les états quantiques gravitationnelles [6]

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ces• [1] V.V. Nesvizhevsky, and K.V. Protasov (2006). Quantum states of neutrons in the

Earth’s gravitational field : state of the art, applications, perspectives. Edited Book onTrends in quantum gravity research. D.C. Moore. New York, Nova science publishers : 65-107. -

• [2] V.V. Nesvizhevsky, G. Pignol, K.V. Protasov, G. Quemener, D. Forest, P. Ganau, J.M.Mackowski, Ch. Michel, J.L. Montorio, N. Morgano, L. Pinard, and A. Remillieux (2007).“Comparison of specularly reflecting mirrors for GRANIT.” NIM A 578(2) : 435-438.

• [3] J. Barnard, and V.V. Nesvizhevsky (2008). “Analysis of a method for extractingangularly collimated UCNs from a volume without losing density inside.” NIM A 591:431-435; P. Schmidt-Wellenburg, J. Barnard, P. Geltenbort, V.V. Nesvizhevsky, C. Plonka,T. Soldner, O. Zimmer (2007). “Efficient extraction of a collimated ultra-cold neutron beamusing diffusive channels.” NIM A 577(3): 623-625.

• [4] A.Yu. Voronin, H. Abele, S. Baessler, V.V. Nesvizhevsky, A.K. Petukhov, K.V. Protasov,A. Westphal (2006). «Quantum motion of a neutron in a waveguide in the gravitationalfield.» Phys. Rev. D 73(4): 044029(1-19). ; R. Adhikari, Y. Cheng, A.E. Meyerovich, andV.V. Nesvizhevsky (2007). “Quantum size effect and biased diffusion of gravitationallybound neutrons in a rough waveguide.” Phys. Rev. A 75(6) : 063613.

• [5] S. Baessler, V.V. Nesvizhevsky, K.V. Protasov, and A.V. Voronin (2007). «Constraint onthe coupling of axion-like particles to matter via an ultracold neutron gravitationalexperiment.» Phys. Rev. D 75(7): 075006(1-4); Particle Data Group – 2008.

• [6] V.V. Nesvizhevsky, K.V. Protasov, and A.Yu. Voronin (2008). “Centrifugal quantumstates of neutrons.” Phys. Rev. A 78(3): 033616.

Invitées•GRANIT (2006, Grenoble, France)• Particle Physics with Slow Neutrons (2008, Grenoble,

France)• Rencontres de Moriond (2006 and 2007, La Thuile,

Italy)• ISINN (2006, 2007 and 2008) (Dubna, Russia)• Quantum reflection (2007, Cambridge, USA)• PANIC (2008, Eilat, Israel)

Colloques : ~ 20


La théorie de l’interaction forte entre les constituants fondamentaux de lamatière (ou QCD ) permet une approche rigoureuse du vaste ensemble de

phénomènes concernés au prix de calculs très lourds : la QCD sur réseau. Celasuppose des ordinateurs optimisés, passe par des calculs massifs et aboutit à desprédictions qui doivent être confrontées à l’expérience ou combinées avec ellepour en déduire les constantes fondamentales de la physique et les propriétés dela matière hadronique. Notre projet traitait de façon très interdisciplinaire tous cesniveaux. Avec des informaticiens, participation active à la conception et à la mise

au point d’outils logiciels afférents (compilateur), de l’ordinateur dédié apeNEXT.L’ANR a permis l’achat d’un de ces ordinateurs. Cet ordinateur a été utilisé pourproduire des configurations de champs avec quarks dynamiques de type Wilson-twistés, utilisation de ces configurations pour l’étude du nucléon (en collaborationavec des théoriciens spécialistes de cette physique) et celle des mésons charmésen collaboration avec les expérimentateurs qui produisaient des mesuresprécieuses à partir de l’expérience BABAR.

Résumé

QCD sur réseau : vers des systèmes informatiquespécialisés de très haute performance

Olivier Pène

77

Acronyme QCDNEXTEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 600 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 125


Discipline Physique

Mots clés • Chromodynamique sur réseau• Ordinateurs de haute performance • Physique du charme• Physique du nucléon

PÈNE Olivier, laboratoire de physique théorique (Orsay) UMR 8627, CNRS/Université Paris-sud 11 - BODIN François, institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes), INRIA/univ Rennes 1 - ROUDEAU Patrick, Laboratoire de l’accélérateur linéaire(Orsay), CNRS-IN2P3/Université Paris-sud 11 - GUICHON Pierre, Service de physique nucléaire (Saclay) CEA-IRFU

Résultats de physique: masse du nucléon et facteurs de forme

le programmeblanc

78


Résultats majeursCe programme a été accompli de façon tout à fait satisfaisante :Contribution à la création de l’ordinateur apeNEXT, création d'un élément essentiel du compilateur. Achat d’un apeNEXT : production de configurations de champs avec quarks dynamiques Twistés. Physique du nucléon : estimation en bon accord avec l’expérience de la masse du nucléon.Mesure expérimentale et analyse théorique des désintégrations semi-leptoniques des hadrons charmés en utilisant l’expérience BABAR et la QCD sur réseau.Création du banc-test de calcul « coyotte » à base d'IBM-CELL au centre de calcul IN2P3.Notre ANR a permis un progrès spectaculaire de la QCD sur réseau en France.

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ces• Simulation of the Lattice QCD and Technological Trends in Computation, arXiv:0808.0391,

to appear in Springer's Lecture Notes in Computer Science format, presented in 14thInternational Workshop on Compilers for Parallel Computers.

• The apeNEXT project.By apeNEXT Collaboration (F. Belletti et al.). 2006. 5pp.Prepared for 10th International Workshop on Advanced Computing and Analysis Techniquesin Physics Research (ACAT 05), Zeuthen, Germany, 22-27 May 2005.Published in Nucl.Instrum.Meth.A559:90-94,2006.

• Study of the decay Ds-->K+K-e+nu_e." Phys.Rev.D78,051101(2008) Ph.D. of J. Serrano.

• Light baryon masses with dynamical twisted mass fermions. Phys.Rev.D78:014509,2008.e-Print: arXiv:0803.3190

• Memorino on the `1/2 vs. 3/2 Puzzle' in anti-B ---> l anti-nu X(c): A Year Later and aBit Wiser. arXiv:0708.1621 , Eur.Phys.J.C52:975-985,2007.

Brevets :Le logiciel « software for apeNEXT (SOFAN) », version 1.0, a été déposé en juillet 2007.

Invitées• Fine-grained Parallelization of Lattice QCD Kernel

Routine on GPUK. Ibrahim, F. Bodin, O. Pene GPGPUworkshop(4/10/07, NU-Boston)

• Baryon masses with dynamical twisted mass fermions. lat2007 PoSLAT2007:087,2007.

• Nucleon axial coupling constant with NF = 2 twistedmass fermions and other 3, lattice 2008

• Moments of meson distribution functions withdynamical twisted mass fermions. lat 2007 PoSLAT2007:153,2007.arXiv:0710.1580

• Implementing Wilson-Dirac operator on the cellbroadband engine, Khaled Z. Ibrahim and FrancoisBodin, proceedings of DBLP:conf/ics/IbrahimB08, pp4(2008).

• K, f_D and f_Ds, from Nf=2 twisted mass LatticeQCD, B.~Blossier, V.~L Pseudoscalar meson decayconstants f ubicz, S.~Simula and C.~Tarantino, Talkgiven for the ETM Collaboration at the 26thInternational Symposium on Lattice Field Theory,arXiv:0810.3145 [hep-lat].

Colloques : 10


Le projet consiste à démontrer la faisabilité d’une source de positons de trèsbasse énergie (moins de 1 MeV d’énergie cinétique) et de haute intensité

basée sur un petit accélérateur d’électrons, lesquels sont convertis en partie enpositons. Les sources classiques utilisent des radioisotopes artificiels, le cœurd’une centrale nucléaire ou bien des accélérateurs de particules de grande taille.Notre projet élimine la radioactivité tout en restant de taille moyenne grâce a unaccélérateur de faible énergie. Le faible rendement du à la basse énergie estrattrapé par une séparation des électrons et des positons a l’aide de solénoïdes.Cette séparation permettra en effet d’utiliser un modérateur au Néon solide, très

efficace pour le ralentissement des positons. Ce projet a pour but d’obtenir unhaut flux de positons lents pour former, par combinaison avec des antiprotons, del’antihydrogène dans des conditions permettant de mesurer leur chute libre, etvérifier ainsi le principe d’équivalence avec de l’antimatière dans le champ degravite terrestre. D’autre part, les positons lents servent de sonde pour une largepanoplie de matériaux. Ils donnent, par exemple, une information sur la taille etla densité des défauts dans les matériaux qui peuvent atteindre une fraction denanomètre, intéressant ainsi l’industrie.

Résumé

SOurce de Positons de Haute Intensité

Patrice Perez

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Acronyme SOPHIEdition 2005Durée du projet 24 moisFinancement 340 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 90


Discipline Physique

Mots clés • Positon• Accélérateur • Antimatière• Anti hydrogène• Gravitation

Patrice PEREZ, CEA-DSM-IRFU-SPP, Centre de Saclay - Jean-Luc LANCELOT, Entreprise SIGMAPHI, Vannes

le programmeblanc

Dessin de CAO montrant, de gauche à droite, le linac dans son blindage magnétique enfer, l’ensemble SOPHI avec ses aimants, sa chambre à vide, ses pompes et support.

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa collaboration avec un industriel pour passer d’un brevet à la réalisation d’un prototype opérationnel dans un laps de temps réduit n’est pas évidente, en particulier pourdéfinir les livrables permettant une réalisation chez l’industriel suivant un planning défini.Obtenir un financement complémentaire pour faire l’acquisition d’une source d’électrons (projet SELMA cofinancé par le Conseil Général de l’Essonne) permettant d’installerle prototype dans les locaux de l’IRFU et ainsi pérenniser l’investissement réalisé, et assurer son évolution ultérieure.La détection des positons dans l’environnement d’un accélérateur est difficile a cause des radiations électromagnétiques engendrées par l’accélérateur lui-même.

Résultats majeurs• Réalisation de l’appareillage expérimental comprenant, outre le sélecteur e+/e-, l’infrastructure accueillant le linac et SOPHI.• Mesure du flux d’électrons incidents provenant d’un accélérateur linéaire.• Mesure du flux de positons en cours (premiers résultats attendus avant fin 2008).

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ces• A HIGH INTENSITY POSITRON SOURCE AT SACLAY: THE SOPHI PROJECT

• J-M. Rey, V. Blideanu, M. Carty, G. Coulloux, A. Curtoni, O. Delferrière, F. Forest+, J.L.Lancelot+, L. Liszkay, D. Neuvéglise+, P. Pérez, N. Ruiz, Y. Sauce , présentation à laconférence CAARI 2008 (Conference on accelerators application for research and industry).

Invitées•P. Pérez et al., A Scheme to Produce a Dense

Positronium Plasma for an Antihydrogen Experiment,Appl. Surf. Sci. 255, (2008) 1-256, Proceedings of theEleventh International Workshop on Slow Positron BeamTechniques for Solids and Surfaces, Orleans, France, 9-13 July 2007, M-F. Barthe and C. Corbel (Eds.) .

•P. Pérez et al., A Scheme To Produce The AntihydrogenIon H + For Gravity Measurements, AIP ConferenceProceedings Volume 1037, Proceedings of the Workshopon Cold Antimatter Plasmas and Application toFundamental Physics, Okinawa, Japan, 20-22 February2008, Y. Kanai and Y. Yamazaki(Eds.).

Colloques : 2


Réalisation de gaz de molécules froides par ralentissement Stark de molécules

de Rydberg d’un jet supersoniquePierre Pillet

81

Acronyme CORYMOLEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 310 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 112,8

Autres IT : 12Recrutés : 23Doctorants : 36

Discipline Physique

Mots clés • Molécules froides• Etats de Rydberg • Ralentisseur Stark• Jets supersoniques• Exiciation laser

Pillet Pierre, Laboratoire Aimé Cotton, CNRS

Enceinte à vide contenant le jet supersonique et le ralentisseur Stark-Rydberg

le programmeblanc

Le domaine des molécules froides connaît actuellement une intense activité avecdes approches très diverses. Aucune approche n’est universelle, et la

combinaison de plusieurs d’entre elles peut ouvrir de nombreuses directions derecherche. C’est au laboratoire Aimé Cotton que les premiers échantillons demolécules froides ont été obtenus après photoassociation, échantillons qu’il estpossible de piéger et dont on peut aussi refroidir la vibration à l’aide d’unfaçonnage d’un train d’impulsions femtosecondes. Une autre activité dulaboratoire est l’étude des atomes de Rydberg froids, dont l’intérêt pourl’information quantique a été souligné avec l’utilisation de l’effet de blocagedipolaire. Le projet CORYMOL combine molécules froides et états de Rydberg, pour

réaliser un nuage de molécules froides à l’aide d’un ralentisseur Stark appliquésur des molécules d’un jet supersonique, préalablement excitées dans un état deRydberg. Une des originalités du ralentisseur Stark-Rydberg est liée à la relativefaiblesse des champs électriques et des gradients de champ électrique utilisés. Lamise au point de l’ensemble du dispositif a été réalisée dans le cas de l’atome desodium. Ce dispositif va pouvoir être testé dans le cas de molécules, ce quipermettra d’en démontrer le caractère relativement universel.

Résumé

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursL’expérience CORYMOL est une opération nécessitant un montage entièrement nouveau, basé sur le développement de jets supersoniques moléculaires, savoir-faireinitialement non possédé au laboratoire. Le projet est la réalisation d’un ensemble « ralentisseur Stark-Rydberg », incluant les dispositifs laser pour l’excitation dans un étatde Rydberg. Le projet, qui s’inscrit dans la thématique des molécules froides et des collisions froides, a bénéficié des études réalisées sur les atomes de Rydberg froids,notamment pour ce qui concerne leur excitation laser à haute résolution des états de Rydberg. Il en est de même des études des processus d’ionisation Penning dus auxinteractions dipôle-dipôle entre atomes de Rydberg, ionisation qui constitue un phénomène parasite pour l’obtention d’échantillons denses.

Résultats majeursLe résultat majeur est la réalisation complète du dispositif expérimental de jet supersonique et du ralentisseur Stark-Rydberg. L’acquisition et la mise en place de plusieursdispositifs lasers continus permettent d’envisager son application à plusieurs espèces moléculaires. Parallèlement à ce développement, les études de blocage dipolaire dansl’excitation Rydberg, notamment en présence Stark, ont constitué des résultats importants pour l’expérience CORYMOL, de même pour ce qui concerne l’ionisation Penning.Une étude intermédiaire sur l’évolution Landau-Zener de deux atomes en interaction résonante de Förster a été réalisée sur le jet supersonique. Elle doit constituer un testde l’évolution adiabatique des états de Rydberg dans le ralentisseur. L’étude d’un effet de décélération dans le ralentisseur Stark-Rydberg est maintenant abordée.

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ces• Melting a frozen Rydberg gas with an attractive potential, M. Viteau, A. Chotia, D.

Comparat, D.A. Tate, T.F. Gallagher, P. Pillet, Phys. Rev.A78, 040704(R) (2008)• Optical pumping and vibrational cooling of molecules, M. Viteau, A. Chotia, M. Allegrini,

N. Bouloufa, O. Dulieu, D. Comparat, P. Pillet, Science 321, 232-234 (2008)• Electric-field induced dipole blockade with Rydberg atoms, T. Vogt, M. Viteau, A. Chotia, J.

Zhao, D. Comparat et P. Pillet, Phys.Rev.Lett.99, 073002 (2007)• Dipole blockade at Forster resonances in high resolution laser excitation of Rydberg cesium

atoms, T. Vogt, M. Viteau, J. Zhao, A. Chotia, D. Comparat et P. Pillet, Phys.Rev.Lett.97,083003 (2006)

• Atom-molecule collisions in an optically trapped gas, N. Zahzam, T. Vogt, M. Mudrich, D.Comparat et P. Pillet, Phys.Rev.Lett.96, 023202 (2006)

• Rydberg decelerator using a travelling electric field gradient, N. Vanhaecke, D. Comparat,et P. Pillet, J. Phys.B 38, S409-S419 (2005)

Invitées• Dynamics of Ultracold Molecules (Conférence invitée),

P. Pillet, MOLEC XVII, European Conference onDynamics of Molecular Systems, St.Petersburg, Russia,23-28 août 2008.

• Formation of cold molecules or/and laser cooling ofmolecules (Conférence invitée, revue), Pierre Pillet,21st International Conference on Atomic Physics,ICAP2008, Storrs, Connecticut, USA, 27 juillet – 1août 2008.

• Frontier between cold Rydberg gases and ultracoldplasmas: dipole and ion blockades in the excitation ofRydberg atoms (Conférence invitée), Pierre Pillet,Gordon Research Conferences: Photoions,Photoionization & Photodetachment. Il Ciocco, Lucca(Barga), Italy, January 27 – February 1, 2008.

• Rydberg excitation of cold atoms: dipole blockade andionization (Conférence invitée), Pierre Pillet, DAMOP,Calgary, Alberta, 5 – 9 June 2007.

• Dipole blockade in high – resolution laser excitation ofRydberg states (Conférence invitee), Pierre Pillet,ECAMP IX, Heraklion, Crète, 6 – 11 May 2007.

Colloques :


Le projet concernait la mise en évidence de l’effet dynamo dans un écoulementturbulent de sodium liquide. L’effet consiste en l’apparition spontanée d’un

champ magnétique lorsque l’intensité du mouvement dépasse un seuil critique etce mécanisme est à la base de la production des champs magnétiques des objetsgéo et astrophysiques. Si des expériences modèles conduites au début des années2000 avaient montré la possibilité de convertir ainsi de l’énergie mécanique enénergie magnétique, plusieurs questions restaient ouvertes lorsque l’écoulementsous-jacent est pleinement turbulent, comme dans les situations naturelles :est-ce que l’instabilité persiste en présence de turbulence développée ?

comment ce « bruit » agit-il sur le seuil (éventuel) de la bifurcation et sur sadynamique ?quels sont les régimes dynamiques accessibles ?Les expériences conduites dans le cadre du projet se déroulent au CEA-Cadarachesur l’installation VKS mise en place entre 2000 et 2004, puis modifiée dans lecadre de la présente ANR. Elles sont épaulées par des études dans les laboratoiresdes partenaires du projet : développement d’instrumentation, études sur desécoulements prototypes en eau et en gallium, simulations numériques etapproches analytiques.

Résumé

Dynamo turbulente : expérience VKS

Jean-François Pinton

83

Acronyme VKSEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 590 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 288


Discipline Physique

Mots clés • Champ magnétique• Dynamo• Instabilité• Magnétohydrodynamique• Turbulence

Jean-François PINTON, Laboratoire de Physique de l’Ecole normale supérieure de Lyon - François DAVIAUD, Service de Physique de l’Etat CondenséCEA/DSM/IRAMIS/SPEC/GIT - Stéphan FAUVE, Laboratoire de Physique Statistique de l’Ecole normale supérieure de Paris

Expérience : sur le schéma principal, on distingue les turbines.

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursTechnologie : Le contrôle d’une expérience où 200 litres de sodium liquide sont mis en mouvement avec 300 kW de puissance mécanique est un enjeu en soi. Une difficultéessentielle concerne les mesures de champ magnétique : dans le montage VKS2 actuel, il n’est échantillonné qu’en un petit nombre de points, à l’intérieur de l’écoulement.La dynamique temporelle est bien résolue, mais pas la structure spatiale.On manque de plus d’informations sur le champ hydrodynamique.Science: la contribution de la turbulence à la production du champ dynamo ainsi que son rôle dans les régimes dynamiques observés sont encore à éclaircir. Pour ces aspects,les expériences restent essentielles car les simulations numériques n’ont pas accès aux gammes de paramètres relevantes.

Résultats majeursLes résultats majeurs obtenus à partir de septembre 2006 sont :la première mise en évidence d’une dynamo pleinement turbulente, la première observation de renversements spontanés et irréguliers d’un champ dynamo, la mise enévidence d’une grande richesse de régimes dynamiques, due aux interactions non-linéaires d’un petit nombre de modes qui émergent au voisinage du seuil lorsqu’unerotation globales est imposée à l’écoulement.

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ces• R. Volk, R. Monchaux, M. Berhanu, F. Ravelet, A. Chiffaudel, F. Daviaud, B. Dubrulle, S.

Fauve, N. Mordant, Ph. Odier, F. Pértrélis and J.-F. Pinton, Transport of magnetic field bya turbulent flow of liquid sodium Phys. Rev. Lett. 97, 074501 (2006)

• R. Monchaux, M. Berhanu, M. Bourgoin, M. Moulin, Ph. Odier, J.-F. Pinton, R. Volk, S.Fauve, N. Mordant, F. Pétrélis, A. Chiffaudel, F. Daviaud, B. Dubrulle, C. Gasquet, L. Marié,F. Ravelet, Generation of magnetic field by dynamo action in a turbulent flow of liquidsodium, Phys. Rev. Lett. 98 044502 (2007)

• M. Berhanu, R. Monchaux, M. Bourgoin, M. Moulin, Ph. Odier, J.-F. Pinton, R. Volk, S.Fauve, N. Mordant, F. Pétrélis, A. Chiffaudel, F. Daviaud, B. Dubrulle, C. Gasquet, L. Marié,F. Ravelet, Magnetic field reversals in an experimental turbulent dynamo Europhys. Lett.77, 59007 (2007)

• R. Monchaux, M. Berhanu, S. Aumaîitre, A. Chiffaudel, F. Daviaud, B. Dubrulle, F. Ravelet,M. Bourgoin, Ph. Odier, J.-F. Pinton, N. Plihon, R. Volk, S. Fauve, N. Mordant, F. Pétrélis,Chaotic dynamos generated by a turbulent flow of liquid sodium, Phys. Rev. Lett. 101,074502 (2008)

• S. Aumaître, M. Berhanu, M. Bourgoin, A. Chiffaudel, F. Daviaud, B. Dubrulle, S. Fauve, L.Marié, R. Monchaux, N. Mordant, Ph. Odier, F. Pétrélis, J.-F. Pinton, N. Plihon, F. Ravelet,R. Volk, The VKS experiment: turbulent dynamical dynamosComptes Rendus de l'Académiedes Sciences 9(7), 689 (2008)

• R. Monchaux, M. Berhanu, S. Aumaître, A. Chiffaudel, F. Daviaud, B. Dubrulle, L. Marié, F.Ravelet, S. Fauve, N. Mordant, F. Pétrélis, M. Bourgoin, P. Odier, J.-F. Pinton, N. Plihon, R.Volk, Turbulent dynamos generated in the VKS experiment, to appear in Phys. Fluids(2008)

Invitées• F Pinton, American Physical Society, March Meeting,

Denver, 03/2007• Ph. Odier, American Geophysical Union, San Francisco,

12/2007• F. Daviaud, S. Fauve , J.F. Pinton Séance spéciale

dynamo à l’Académie des Sciences le 29 mai 2007 • B. Dubrulle Kevli Institute for Theoretical Physics, Santa

Barbara 07/2008, • M. Berhanu European Geophysical Union, Vienne

04/2008• S. Fauve, 6th Euromech Fluid Mechanics Conference,

Stockholm 06/2006• F. Pétrélis, AIMS sixth international conference on

Dynamical Systems, Differential equations andApplications, Poitiers 06/2006

Colloques : 67


Le European Theoretical Spectroscopy Facility est un “centre de connaissance”scientifique dédié aux excitations électroniques et à la spectroscopie des

matériaux. Inspiré des grandes installations expérimentales, l'ETSF proposeexpertise, théorie et codes de calculs à des utilisateurs d'intérêts et decompétences différents. L'ETSF est conçu comme une structure légère liant desnoeuds nationaux ayant une forte cohésion scientifique et d'organisation, maisindépendants financièrement: son budget doit majoritairement provenir desources locales. Ce projet ANR a soutenu des étapes essentielles pour la réalisation

d'un noeud français fort de l'ETSF, localisé au LSI, Ecole Polytechnique (EP) avecassociation du LEPES (maintenant Institut Néel), et du CPHT (EP).Les trois axes scientifiques explorés ont été (i) Excitations dans les systèmescorrélés; (ii) Excitations dans les systèmes non périodiques; (iii) Réponseélectronique incluant la non-linéarité, la contribution des phonons et lescorrélations fortes.

Résumé

European Theoretical Spectroscopy Facility –création du centre français

Lucia Reining

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Acronyme ETSF-FRANCEEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 450 000 €Personnels (ETP) C + EC + IR : 165


Discipline Physique

Mots clés • Spectroscopie théorique• Effets à plusieurs corps• Calculs ab initio• Excitations électroniques• Centre de connaissance

REINING Lucia, Laboratoire des Solides Irradiés, CNRS - GEORGES Antoine, Centre de Physique Théorique, CNRS -OLEVANO Valerio, Laboratoire d'Études des Propriétés Électroniques des Solides, CNRS

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes points scientifiques et techniques les plus ambitieux étaient très probablement (i) une formulation rigoureuse de la réponse macroscopique en optique non-linéaire, (ii) l'introduction des fonctions de Wannier dans nos formalismes et (iii) le rapprochement entre les approches de champ moyen dynamique (DMFT) et de théorie desperturbations à plusieurs corps (MBPT). Du point de vue organisationnel, la stabilisation de F. Sottile sur un poste permanent dédié au développement des codes de calcula été le défi le plus important.

Résultats majeursNous avons décrit la structure électronique de plusieurs oxydes de métaux de transition en utilisant, comparant et combinant des approches historiquement séparées. Ledioxyde de Vanadium était en particulier choisi comme le composé test. Nous avons étudié des matériaux d'intérêt technologique (par exemple pour une applicationphotovoltaïque) et/ou d'intérêt fondamental (par exemple, des nanostructures de carbone). Nous avons développé un calcul de susceptibilité du second ordre, et de nouvellesapproximations de l'échange-corrélation valables en régime non-linéaire, et nous avons appliqué la DMFT au calcul des spectres optiques.

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ces• C. Kramberger, R. Hambach, C. Giorgetti, B. Rummeli, M. Knupfer, J. Fink, B. Buechner, L.

Reining, E. Einarsson, S. Maruyama, F. Sottile, K. Hannewald, V. Olevano, A.Marinopoulos, and T. Pichler, « Linear plasmon dispersion in single wall carbon nanotubesand the excitation spectrum of graphène », Phys. Rev. Lett. 100, 196803 (2008).

• P. E. Trevisanutto, C. Giorgetti, L. Reining, M. Ladisa and V. Olevano, « Ab initio GWMany-Body effects in Graphene », Phys. Rev. Lett. 101, 226405 (2008)

• L. Perfetti, P. A. Loukakos, M. Lisowski, U. Bovensiepen, M. Wolf, H. Berger, S. Biermann,A. Georges, « Femtosecond dynamics of electronic states in the Mott insulator 1T-TaS2 bytime resolved photoelectron spectroscopy », New Journal of Physics 10 (2008) 053019

• V. Vildosola, L. Pourovskii, R. Arita, S. Biermann, A. Georges “Bandwidth and Fermisurface of Iron-Oxypnictides: covalency and sensitivity to structural changes”, Phys. Rev. B78, 064518 (2008)

• M. Gatti, V. Olevano, L. Reining, and I. Tokatly, « Transforming nonlocality into frequencydependence: a shortcut to spectroscopy », Phys. Rev. Lett. 99, 057401 (2007).

• Matteo Gatti, Fabien Bruneval, Valerio Olevano, and Lucia Reining, « UnderstandingCorrelations in Vanadium Dioxide from First Principles », Phys. Rev. Lett. 99, 266402(2007)

Invitées•C. Giorgetti, 13th ETSF/Nanoquanta Conference -

Theoretical Spectroscopy and Quantum Transport, «Ab Initio calculations of electronic excitations in carbonnanotubes and graphene layers systems »

•V. Olevano, Minatec Crossroads 08, Grenoble, France,June 23-27, 2008. communication orale invtée « TheEuropean Theoretical Spectroscopy Facility and theNanoSTAR: Spectroscopy and Nanoscience. »

•S. Biermann, "Frontiers in Correlated Electron Physics",Aspen Centre of Physics, Aspen, USA, August 2008.

•F. Sottile, 11emes Journees de la Matiere Condensee,Strasbourg 2008. ''Ab Initio calculations of electronicexcitations in carbon nanotubes and graphene layerssystems'.'

•L. Reining, Workshop « Recent developments inelectronic structure », Urbana (USA), 18.6.-20.6.2008,« Ab initio calculations of electronic response »

Colloques : 29


Bien que ce soit la principale méthode de détermination structurale, la diffusiondes rayons X (RX) a été jusqu'ici seulement associée à des champs

magnétiques modérés. Actuellement, aucune installation synchrotron ne peutoffrir à ses utilisateurs un champ magnétique de plus de 17T. Des initiatives sonten cours au Japon et aux Etats-Unis pour combiner ces techniques de diffusionavec des champs plus intenses. Nous proposons de développer des expériences de diffusion de RX fournis par unfaisceau synchrotron sous des champs magnétiques pulsés de 40T. La faisabilitétechnique de telles expériences a été récemment démontrée par nos expériences

pilotes effectuées à l'ESRF et des expériences à SPring-8 au Japon. Desdéveloppements scientifiques et techniques plus poussés sont toutefoisnécessaires avant que des mesures dans des conditions optimales puissent êtreréalisées. La configuration de la bobine, le générateur de puissance,l'environnement de l'échantillon, et les détecteurs de RX doivent être adaptés.Dans le cadre de ce projet, nous développerons ces adaptations, et les valideronsen explorant les diagrammes de phase de plusieurs systèmes modèles à électronscorrélés.

Résumé

Diffraction et spectroscopie des rayons X synchrotron sous champ magnétique intense

Geert Rikken

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Acronyme SysMaf Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 450 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 45


Discipline Physique

Mots clés • Champs magnétiques pulsés• Rayons X• Synchrotron• Diffraction• Spectroscopie

RIKKEN Geert, LNCMP (UPR5147) - CNRS - E. LORENZO Institut Néel, CNRSInstallation mobile de champ pulsé sur un faisceau de l’ESRF.

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursAugmenter le champ magnétique maximal, disponible pour des mesures de diffraction et de spectroscopie avec les rayons α fourni par un synchrotron, la limite étant 17Tesla avant le projet.

Résultats majeurs• Le développement d’une installation mobile, capable de générer des champs magnétiques pulsés jusqu’à 30 Tesla.• Des expériences réussies de diffraction et de spectroscopie avec l’installation mobile à l’ESRF.• Perspectives pour le développement de ce type d’installation.

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ces• J. Vanacken, C. Detlefs, O. Mathon, P. Frings, F. Duc, J.E. Lorenzo, M. Nardone, J. Billette,

A. Zitouni, M.-C. Dominguez, J. Herczeg, W. Bras, V. V. Moshchalkov, and G. Rikken.“Synchrotron X-ray Powder Diffraction and Absorption Spectroscopy in Pulsed MagneticFields with Milliseconds Duration”, Portable Synchrotron Light Sources and AdvancedApplications: 2nd International Symposium on Portable Synchrotron Light Sources andAdvanced Applications, AIP Conference Proceedings 902, 103-106 (2007).

• C. Detlefs, P. Frings, J. Vanacken, F. Duc, J.E. Lorenzo, M. Nardone, J. Billette, A. Zitouni,W. Bras and G.L.J.A. Rikken.“Synchrotron X-ray Powder Diffraction Studies in Pulsed Magnetic Fields”, SynchrotronRadiation Instrumentation: Ninth International Conference on Synchrotron RadiationInstrumentation, AIP Conference Proceedings 879, 1695-1698 (2007).

• P. Frings, J. Vanacken, C. Detlefs, F. Duc, J.E. Lorenzo, M. Nardone, J. Billette, A. Zitouni,W. Bras and G. Rikken, "Synchrotron X-ray powder diffraction studies in pulsed magneticfields", Rev. Scient. Instr. 77, 63903 (2006)

• C. Detlefs, F. Duc, Z.A. Kazei, J. Vanacken, P. Frings, W. Bras, J.E. Lorenzo, P.C. Canfield,G.L.J.A. Rikken "Direct observation of the high magnetic field effect on the Jahn-Tellerstate in TbVO4", Phys. Rev. Lett.. 100, 056405 (2008).

• C. Detlefs, F. Duc, Z.A. Kazei, J. Vanacken, P. Frings, W. Bras, J.E. Lorenzo, P.C. Canfield,G.L.J.A. Rikken, ‘First results of synchrotron X ray diffraction in pulsed high magneticfields’, ESRF Newsletter 47, 27 (2008)

Invitées•O. Mathon, P. Van der Linden, M. Sikora1, C. Strohm, K.

Chesnel, F. Duc and S. Pascarelli, “XMCD Under PulsedMagnetic Field Up To 30 Tesla And Low TemperatureDown To 10 K”, APS Users’Meeting, Argonne NationalLaboratory, Chicago, May 4-8, 2008

•Carsten Detlefs, “Direct observation of the highmagnetic field effect on the Jahn-Teller state in TbVO4”,APS Users’Meeting, Argonne National Laboratory,Chicago, May 4-8, 2008

•F. Duc, “Synchrotron X-ray Experiments in PulsedMagnetic Fields”, ESRF Users’Meeting, Grenoble,February 5-7, 2008

•C. Detlefs, “First X-ray powder diffraction and X-raymagnetic circular dichroism measurements with 30Tpulsed magnetic fields”, 5èmes rencontres LLB-SOLEIL,“Diffraction sur monocristal”, Synchrotron SOLEIL 15-16.03.2007, Saclay, France.

Colloques : 10


Résumé

Etude et application des nanocavités fonctionnelles induites dans le silicium et le SiO2

par implantation de gaz rares (He, Xe)

Marie-Odile Ruault

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Acronyme NANOCAFONEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 280 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 82,2


Discipline Physique

Mots clés • Bulles/cavités• Jonctions courtes - dopage• Constante diélectrique• Défauts d’implantation• Ingénierie

RUAULT Marie Odile, Centre de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse (CSNSM), Orsay, CNRS - NTSOENZOk Esidor, Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Orléans, CNRS - REGULA Gabrielle, Institut MatériauxMicroélectronique Nanosciences de Provence (Im2np), CNRS-Université Paul Cézanne de Marseille

Profils SIMS du bore dans le Si

le programmeblanc

Le projet se décline en deux parties principales: l’implantation de gaz rares dansl’oxyde de silicium pour la réalisation d’oxydes à faibles constantes

diélectriques d’une part, l’utilisation d’une triple implantation (silicium +helium + bore) pour réaliser des jonctions courtes d’autre part.- La réalisation des diélectriques à faibles constantes diélectriques est primordialepour les interconnexions des circuits intégrés. Différents échantillons d’oxyde desilicium ont été implantés par des ions hélium, krypton et xénon. Lescaractérisations ont été réalisées par des techniques optiques (microscopieélectronique, Infra Rouge) et électriques (capacitives) afin d’étudier l’évolutiondes oxydes implantés avant ou après différents traitements thermiques. - Etude de jonction courtes par triple implantation: la réalisation de jonctionscourtes est une étape incontournable pour la miniaturisation des composants tellequ’elle est requise par la loi de Moore. L’implantation de silicium a été réalisée

avec pour principal objectif la formation d’une zone riche en lacunes (V) prochede la surface et une zone riche en interstitiels (I) plus en profondeur.L’implantation d’hélium a permis de créer des bulles/cavités localisées entre leszones de lacunes et d’interstitiels afin de bloquer la diffusion de ces derniers versla surface. Le bore est introduit soit par le procédé PIII (plasma-immersion-ion-implantation) ou par implantation conventionnelle à basse énergie pouratteindre une très faible profondeur dans l’échantillon. Différents recuitsthermiques rapides et conventionnels ont été réalisés avant les caractérisationspar SIMS (spectrométrie de masse à ionisation secondaire), TEM (microscopieélectronique en transmission), nano-spreading, mesures quatre pointes,annihilation de positons, courant-tension, … Les modélisations concernant ladiffusion du bore en présence de défauts d’implantation et la croissance descavités/bulles ainsi que leurs interactions sont également en cours.

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursVerrous sur le SiO2 :• Réaliser des bulles/cavités par implantation de gaz rares. • Réaliser du SiO2 de très faible constante diélectrique. Verrous sur les jonctions courtes :• Réaliser par implantations des jonctions de profondeur inférieure à 30nm.• Augmenter fortement le dopage de la zone bore ainsi dopée.

Résultats majeursFormation des bulles/cavités par implantation de xénon et krypton dans SiO2. • Détermination des températures d'exodiffusion du Xe (900°C) et Kr (400°C) dans SiO2.• Diminution de la constante diélectrique; k passe de 4 à 2,5; d'après les mesures capacitives et infra-rouge, la diminution de la constante diélectrique est due à ladiminution des liaisons Si-O. • Réalisation des jonctions avec des profondeurs aussi courtes que 30nm. (en cours).• La diffusion accélérée et transitoire (TED) est fortement réduite pour des températures de recuit inférieures à 1000°C.• Le niveau de dopage obtenu varie de quelques 1017 à 81019 B/cm3. (en cours).• Les combinaisons (silicium, hélium ) les plus efficaces ont été déterminées

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ces• Myriam Dumont, Vanessa Coulet, Gabrielle Regula, and Françoise Bley, Mater. Res. Soc.

Symp. 994 pp119-124 (2007) •Mariaconcetta Canino, Gabrielle Regula, Ming Xu, Esidor Ntsoenzok, Bernard Pichaud,

Materials Science and Engineering B, (accepté pour publication)•M. Canino, G. Regula , M. Lancin, M. Xu, B. Pichaud, E. Ntzoenzok, M.F. Barthe, Materials

Science and Engineering B, (accepté pour publication)•by H. Assaf, E. Ntsoenzok, E. Leoni, M.F. Barthe, M.-O. Ruault, O. Kaitasov and S. Ashok.

Electro-Chemical and Solid-State Letters, 10 (2007) G72-75•E. Leoni, D. De Sousa Meneses, E. Ntsoenzok, M. Canino, and G. Regula, ECS Transactions,

13 (2008), 385 - 391•H.Assaf, E.Ntsoenzok, M.F.Barthe, M.O.Ruault, T.Sauvage, S.Ashok Nucl. Instr. Meth. Phys.

Res. B 253 222-226 (2006)•E. Snoeck, J. Majimel, M.O. Ruault and M.J. Journal of Applied Physics.2006.vol 100, p

023519 (5 p)

Invitées•“Low-k dielectric performed by Xe implantation in

SiO2”, E. Ntsoenzok, H. Assaf, M.-O. Ruault, S.Ashok, ICSICT, October 23-26, Shanghai, China,2006.

Colloques : 10


Depuis 2001, la génération d’impulsions attosecondes (1as=10-18s) aconnu des progrès spectaculaires. Ces impulsions extrême-UV ultrabrèves

ouvrent de nouvelles perspectives d’exploration de la matière à une échelle detemps jusqu’ici inaccessible. Il s’agit d’un nouveau domaine d'études, la scienceattoseconde, qui se propose d'étudier, voire de contrôler, les dynamiquesélectroniques au cœur des atomes et des molécules. Pour concrétiser ces espoirs,les défis à relever sont la génération d’impulsions attosecondes isolées, biencaractérisées et contrôlées, utilisables dans des études résolues en temps dedynamiques ultrarapides.

Dans ce projet, nous développons les outils conceptuels et expérimentauxpermettant : (i) de produire des impulsions attosecondes isolées etreproductibles, (ii) de les caractériser temporellement, et (iii) de les utilisercomme source d’excitation ou d’analyse de systèmes transitoires. Ce projet fédère les expertises reconnues du SPAM et du CELIA pour produire etcaractériser des impulsions attosecondes, du LCPMR en théorie de l’interactionlaser-matière, du LFP en femtochimie. Dans un environnement international trèscompétitif, notre objectif est de doter la communauté scientifique françaised’installations uniques et complémentaires, au SPAM et au CELIA, pour l’étude dedynamiques ultrarapides en phase gazeuse ou condensée.

Résumé

Génération et caractérisation d’impulsions attosecondes pour l’étude de dynamiques

atomiques et moléculaires ultrarapides

Pascal Salières

91

Acronyme ATTO-SCIENCEEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 550 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 180

Autres IT :7.2Recrutés : 12

Discipline Physique

Mots clés • Optique non linéaire• Lasers intenses• Impulsions ultra-brèves• Physique atomique en champ fort• Orbitales moléculaires

SALIERES Pascal, Service des Photons, Atomes et Molécules, CEA-Saclay - CORMIER Eric, CELIA, Université Bordeaux 1, UMR 5107, CNRS - MESTDAGH Jean-Michel, LFP,CEA-Saclay, URA 2453, CNRS - MAQUET Alfred, LCPMR, UMR 7614, Université Pierre et Marie Curie

Spectre de l'émission UVX en fonction de la phase CEP du laser générateur.

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes développements sur les lasers PLFA et Solstice sont à la frontière de la technologie laser actuelle, et soulèvent des difficultés techniques qui font l’objet d’études communesavec des partenaires industriels (Amplitude Technologies, Cristal Fiber) qui en confirment l’intérêt à long terme. En particulier, les études de stabilisation de la phase CEP dulaser PLFA ont stimulé la création d’un laboratoire commun CEA-Amplitude Technologies. Ces études sont à l’origine de plusieurs contrats (ex. Département et Europe).

Résultats majeursPlusieurs résultats majeurs ont été obtenus: i) génération d’impulsions attosecondes isolées, (ii) génération d’harmoniques à très haute cadence (Mhz), (iii) productiond’harmoniques accordables à partir d’un laser de grande longueur d’onde, (iv) démonstration d’interférences quantiques intramoléculaires et leur contrôle par l’orientationdes molécules (salué par la couverture de Nature Physics, Juillet 2008), (v) démonstration expérimentale de la reconstruction tomographique d’orbitales moléculaires dansCO2 et N2. Le programme ATTOSCIENCE a ainsi atteint ses principaux objectifs expérimentaux et théoriques : sa réussite certaine aura été d’approfondir la réflexionconceptuelle commune sur ce domaine nouveau, la science attoseconde.

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ces•“Controlling attosecond electron dynamics by phase-stabilized polarization gating”

I. Sola, E. Mevel, L. Elouga, E. Constant, V. Strelkov, L Poletto, P. Villoresi, E. Benedetti, J-PCaumes, S. Stagira C. Vozzi, G. Sansone and M. Nisoli Nature Physics 2, 319 (2006)

•“Parametric amplification and compression to ultrashort pulse duration of resonant linearwaves” C. Aguergaray, T. V. Andersen, D. N. Schimpf, O. Schmidt, J. Rothhardt, J. Limpert,E. Cormier and A. Tünnermann Optics express 15, 5699 (2007)

•"Low Field Laser Ionization of Argon Clusters: The Remarkable Fragmentation Dynamics ofDoubly Ionized Clusters"

•Lionel Poisson, Kevin D. Raffael, Marc-André Gaveau, Benoît Soep, Jean-Michel Mestdagh,Jérémie Caillat, Richard Taïeb and Alfred Maquet,Phys. Rev. Lett. 99, 103401 (2007).

•“Quantum Path Interferences in High-order Harmonic Generation” A. Zaïr, M. Holler, A.Guandalini, F. Schapper, J. Biegert, L. Gallmann, U. Keller, A. S. Wyatt, A. Monmayrant, I.A. Walmsley, E. Cormier, T. Auguste, J. P. Caumes, and P. SalièresPhysical Review Letters 100, 143902 (2008)

•“Polarization-Resolved Pump-Probe Spectroscopy with High Harmonics”, Y. Mairesse, S. Haessler, B. Fabre, J. Higuet, W. Boutu, P. Breger, E. Constant, D.Descamps, E. Mével, S. Petit, et P. SalièresNew Journal of Physics 10, 025028 (2008).

•“Coherent control of attosecond emission from aligned molecules”, W. Boutu, S. Haessler, H. Merdji, P. Breger, G. Waters, M. Stankiewicz, L.J. Frasinski, R.Taieb, J. Caillat, A. Maquet, P. Monchicourt, B. Carré et P.SalièresNature Physics 4, 545 (2008).

Invitées• “Sub-cycle dynamics in harmonic generation from

aligned molecules”, P. Salières International Conferenceon Multiphoton Processes (ICOMP XI), Heidelberg,Allemagne, 18-23 septembre 2008.

•"Tomographic Imaging of Molecular Orbitals from High-Order Harmonic Spectra : Challenges in Theory"A. Maquet Plenary lecture, Sixth Congress of theInternational Society for Theoretical Chemical Physics(ISTCP VI), Vancouver, Canada, July 19-24, 2008.

•“Fiber laser systems for ultra-fast optical parametricamplification” E. Cormier Workshop on New LaserTechnologies, LASERLAB, Bordeaux, 16-17 mars 2006.

•« Sub 100 attosecond XUV pulses » E. MévelInternational Conference on Ultrafast Phenomena XV,Pacific Grove, USA, 31 juillet- 4 août 2006

•“Double Ionization Dynamics of Argon Cluster byLowField Femtosecond Laser” L. Poisson XXIIInternational Symposium of Molecular Beams, Freiburg,Allemagne (27 mai-1er juin 2007)

Colloques : 61


L’utilisation de nanocomposants dans la fabrication de nouveauxmatériaux est un sujet en pleine expansion : les espérances les plus

grandes dans ce domaine vont vers les applications biomédicales. Lebesoin de nouveaux matériaux est particulièrement fort dans le domaine desimplants, où les matériaux traditionnels restent inadaptés à une parfaiteintégration avec les matériaux naturels, et ceci à deux niveaux : d’une part, lespropriétés mécaniques du matériau implanté sont trop différentes decelles des tissus vivants, et d’autre part, les matériaux inorganiques nefacilitent pas la communication cellulaire nécessaire à la croissance destissus. Nanobiocomp est un projet multidisciplinaire ciblé sur la

fabrication de nouveaux biomatériaux composites bifonctionnelsintégrant des nanotubes de carbone fonctionnalisés pour le renfortmécanique, et des nanoparticules de silice mésoporeuse pour lavectorisation de principes actifs. L’intégration des nanocomposants dansla matrice polymère nécessite une dispersion optimale, obtenue ici viala fonctionnalisation de surface par des biomolécules (protéines, acidesaminés…). La fonctionnalisation de surface assure également labiocompatibilité des nanocomposants inorganiques et module leurcapacité à être endocytés par les cellules.

Résumé

Composites biocompatibles à base de nanoparticules fonctionnalisées

par des protéines

Jean-Paul Salvetat

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Acronyme BIONANOCOMP Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 320 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 42


Discipline PhysiqueMots clés • Nanotubes de carbone

• Nanoparticules de silice mésoporeuse

• Cytotoxicité• Biomatériaux• Nanocomposites

SALVETAT Jean-Paul, Centre de recherche de la matière divisée, UMR6619 CNRS-Université d’Orléans - GUÉRIN Martine, Laboratoire de neurobiologie, Université d’Orléans

Image de microscopie électronique à transmission de nanoparticules de silice poreusel.

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes composites traditionnels renforcés par des fibres de diamètre micronique sont inadaptés au vivant qui utilise des matériaux auto-assemblés, nanostructurés, etmultifonctionnels. Le verrou technologique se situe au niveau de la synthèse ex vivo d’un matériau biomimétique capable de s’intégrer parfaitement dans les tissus naturels,pour s’y substituer ou stimuler son remplacement progressif. Le matériau doit être non seulement biocompatible afin d’éviter une réaction de rejet de l’organisme mais aussibioactif afin de stimuler une réaction d’intégration cellulaire.

Résultats majeursNous avons appliqué avec succès des techniques de bioconjugaison pour attacher de manière covalente des biomolécules variées à la surface de nanotubes de carbone monoou multiparois, et de nanoparticules de silice poreuse. La fonctionnalisation des nanocomposants inorganiques par des biomolécules hydrophiles permet d’améliorer ladispersion et l’intégration des nanocomposants dans des matrices polymères biocompatibles, en particulier dans des polyélectrolytes comme l’acide hyaluronique. Lescomposites obtenus ont des propriétés mécaniques supérieures à celles de la matrice et leur biocompatibilité n’est pas altérée par la présence des nanocomposants commel’ont montré des tests in vivo.

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ces• Carbon nanotubes as structural nanofibers for hyaluronic acid hydrogel scaffolds, S.

Bhattacharyya, S. Guillot, H. Dabboue, J.-F. Tranchant, J.-P. Salvetat, Biomacromolecules9, 505 (2008)

Invitées

Colloques : 5


Résumé

Détection de neutrons pour la science,l’industrie, la sécurité et l’espace

Louise Stuttgé

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Acronyme NEUTROMANIAEdition 2005Durée du projet 24 moisFinancement 190 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 63

Autres IT : 4.8Recrutés : 42

Discipline Physique

Mots clés • Détection de neutrons • Discrimination neutron - γ• Scintillateur solide• Déchets nucléaires• Sécurité nucléaire

STUTTGÉ Louise, Institut pluridisciplinaire Hubert Curien, Strasbourg - MARQUÉS Miguel, Laboratoire de Physique Corpusculaire, ENSICAEN, Caen, CNRS-IN2P3, - PHAM Thi-Nhan, Laboratoire de Chimie Moléculaire et Thio-organique, ENSICAEN, Caen, CNRS - NORMAND Stéphane, Département des Techniques du Capteur et du Signal, CEA, Saclay - SIMIC Vesna, Laboratoire Cellules et Composants, CEA, Saclay

Spectres de luminescence.

le programmeblanc

La détection des neutrons reste un enjeu difficile. Pour sélectionner etcaractériser les neutrons rapides en les séparant des γ, le seul moyen, en

absence de référence temporelle, est d'utiliser la discrimination de forme del'impulsion délivrée par certains scintillateurs. Les scintillateurs organiquesexistants et permettant une telle discrimination sont inflammables, explosifs,corrosifs et dangereux pour l'environnement, ce qui interdit leur utilisation dansde nombreuses situations. Ils sont notamment inutilisables pour le contrôle dedéchets radioactifs où la détection des neutrons permet de signer la présence dematière fissile. Dans la recherche fondamentale, des scintillateurs liquides sontutilisés quand la discrimination neutron-γ ne peut être faite par temps de vol. Lefait que ces détecteurs soient inutilisables sous vide est une limitationsupplémentaire qui s'ajoute aux problèmes de type «hygiène et sécurité» évoquésci-dessus.

L'objectif du projet NEUTROMANIA était de développer un détecteur solidepermettant cette discrimination de forme et supportant la mise sous vide. Cetterecherche s’est effectuée sur trois sites : Strasbourg, Caen et Saclay et a nécessitéune collaboration étroite entre physiciens et chimistes.En cas de réussite, ce matériau présente un intérêt pour de nombreusesapplications aussi bien dans la recherche fondamentale (physique nucléaire,physique des hautes énergies, R&D de l’énergie nucléaire, ...) que dans lesapplications industrielles (monitorage des rayons cosmiques dans les avions, desradiations sur les lieux travails et dans l’environnement, détection de matièrefissile dans les colis suspects, monitorage de la matière fissile dans les déchetsnucléaires, ...).

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points durs- Comprendre les mécanismes de fluorescence qui permettent la discrimination neutron-γ de certains scintillateurs liquides et /ou solides.- Inclusion de fluorophores dans une matrice transparente, homogène et dépourvue de contaminants.- Conception ab initio d’un scintillateur présentant de bonnes propriétés de discrimination neutron-γ.- Synthétiser un matériau solide, transparent et permettant de détecter et de discriminer les neutrons des γ, présentant des performances au moins égales aux scintillateursexistants sans en avoir les inconvénients (dangerosité et nocivité).

Résultats majeurs- Synthèse de radioluminophores à base d’imidazolium qui semblent discriminer les neutrons des γ.- Caractérisation de ces produits et mise en évidence de leur pouvoir discriminant par mesures de déclins de luminescence excités par des protons, des α et des γ.- Spectres de discrimination obtenus par irradiation des nouveaux matériaux par des sources de neutrons (AmBe) et de γ (22Na).- Synthèse de copolymères fluorescents à base de méthacrylate de méthyle ou de styrène et de monomères dérivés de fluorophores (carbazole, fluorène, fluoranthène, pyrène).- Synthèse de paracyclophane et de fluorophores de type naphtalimide qui ont été évalués pour la première fois pour ce type d’applications- Caractérisation des rendements de fluorescence des molécules synthétisées.

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ces• M. Hamel, V. Simic and S. Normand

Fluorescent 1,8-Naphthalimides-containing Polymers as Plastic Scintillators. An Attempt forNeutron- γ discrimination.React. Funct. Polym.

• M. Hamel, γ.-M. Frelin, V. Simic and S. NormandThe influence of the matrix in fast neutron/g discrimination with the couplebiphenyl/POPOPNucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A

Brevets :• Matériaux ioniques pour la détection et la discrimination entre neutron et rayonnement γ.

J.-M. Jung, L. Douce, R. Barillon, E. Bouajila, L. StuttgéDéclaration d'Invention n° DI 01601-01 / 11 septembre 2007

• Dérivés du 1,8-Naphtalimide en tant qu’agents de scintillation, notamment pour ladiscrimination entr les neutrons rapides et les rayons gamma M. Hamel, V. Simic, S. Normand, 2008Demande de brevet n° 0850611 / 31 janvier 2008 - Brevet BFF07P0349, juillet 2008.

Invitées• New Neutron Detectors for SPIRAL2, Heavy Ion

Laboratory, Université de Varsovie, Pologne, 4-5octobre 2007

• Liquid Scintillation Spectrometry Conference, Davos,Switzerland, 25-30 May 2008

Colloques : 3


Le Projet MUSETT a pour but la conception et la réalisation d’un nouvelensemble de détection permettant l’étude de noyaux très exotiques. Couplé

avec le spectromètre magnétique VAMOS et avec le multidétecteur gammaEXOGAM, MUSETT (Mur de Silicium pour l’Etude de Transfermium par Tagging)permettra de réaliser la spectroscopie de nouveaux noyaux exotiques lourds etsuperlourds (Z>100) jusqu'à présent inaccessibles. Les performances de VAMOSet d’EXOGAM sont idéales et uniques pour de telles études, mais il estindispensable de disposer d’un nouvel outil de détection permettant d’utiliser latechnique d’étiquetage par décroissance (Recoil Decay Tagging). De plus, cedétecteur, adjoint à une chambre d’ionisation, permettra également

l’identification en charge et en masse de produits de réaction plus légers (issus detransferts ou de réactions profondément inélastiques…). Un vaste domaine, tant au niveau de la physique que des noyaux atteints seraouvert, et sera enrichi par les opportunités uniques offertes au GANIL par lesfaisceaux radioactifs de SPIRAL 1, puis de SPIRAL 2 dès 2012.

Résumé

Mur de Silicium pour l’Etude des Transfermium par Tagging

Christophe Theisen

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Acronyme MusettEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 470 400 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 101,4


Discipline Physique

Mots clés • Physique Nucléaire• Spectroscopie • Radioactivité

THEISEN Christophe, IRFU/SPhN, CEA Saclay - REJMUND Maurycy, GANIL, CEA/IN2P3Banc de test MUSETT. De gauche à droite : châssis électronique, chambre à vide danslaquelle est installé le détecteur, système de refroidissement.

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLe projet présente principalement trois aspects innovants :Le détecteur silicium doit être sans fenêtre afin de permettre la détection d’ions lourds et lents. Etant donné le nombre élevé de voies électronique du détecteur Si (1024), l’utilisation d’électronique compacte de type ASICs s’impose.Un développement est nécessaire pour adapter les différents modules de détection et pour concilier les contraintes électromagnétiques aux interfaces, c’est-à-dire au cœurdu détecteur gazeux et à la frontière avec le silicium.

Résultats majeursL’ensemble des éléments constituant le mur de silicium ont été intégrés, testés et validés en laboratoire grâce à la mise en place d’un banc de test : détecteur Si à piste,ASICs, électronique frontale, alimentations haute et basse tension, électronique de codage, système d’acquisition, outils d’analyse, mécanique, système de refroidissement.La série des divers éléments est soit construite, soit en phase de production.

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•Workshop on γ-ray spectroscopy in Europe - presentand future challenges, 8-12 mai 2006, Trento.

Colloques : 4


Notre projet marie les domaines de la physique des ondes en milieuxcomplexes et des télécommunications sans fil à haut débit. Il concerne une

méthode de communication originale, souple et sécurisée, qui exploite tout à lafois les chemins multiples créés par le milieu de propagation (pour une fréquencedonnée de la bande passante) comme dans les techniques MIMO (Multiple Input-Multiple Output) et un spectre large, comme ceux manipulés en UWB (Ultra WideBand). Cette méthode est fondée sur le principe du retournement temporel (RT)qui a été largement éprouvé en acoustique: une impulsion ultrasonore brèveémise d'un point source se propage dans un milieu inconnu; une partie de cetteonde est enregistrée par un ensemble de capteurs, numérisée, retournéetemporellement, et renvoyée dans le milieu de propagation. L'onde revit alors les

étapes antérieures de sa vie et reconverge sur sa source en y reformant uneimpulsion brève. Ce procédé fonctionne même dans un milieu très réverbérant.Plus encore, il tire parti des réverbérations pour focaliser l’onde avec unerésolution spatiale meilleure que celle obtenue lorsque le milieu de propagationest purement homogène. Afin d’exploiter ce principe pour des communications numériques micro-ondes,nous avons travaillé à la construction et au test de prototypes d'antennes àretournement temporel large bande fonctionnant dans la gamme du GHz.

Résumé

MIroirs à Retournement TemporelElectromagnétiques pour les Communications

Arnaud Tourin

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Acronyme MIRTECEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 590 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 123

Autres IT : Recrutés : 41.5

Discipline Physique

Mots clés • Retournement temporel• Micro-ondes • Télécommunications• MIMO• UWB

TOURIN Arnaud, LOA (UMR 7587, ESPCI, CNRS, Université Paris7) - EL ZEIN Ghaïs, IETR (UMR 6164, INSA, Supelec, Université de Rennes 1) - GARNIER Josselin, LPMA (UMR 7599, Universités Paris 7&6, CNRS, FDR)

Vue du matériel utilisé pour une expérience commune LOA/IETR

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa transposition du principe du retournement temporel de l’acoustique aux micro-ondes se heurtait à la difficulté de numériser des signaux aux fréquences du GHz. Dans unpremier temps, nous avons utilisé une astuce qui permet d’utiliser des fréquences d’échantillonnage plus faibles que la fréquence porteuse. Puis, avec l’arrivée sur le marchéd’oscilloscopes échantillonnant jusqu’à 40Gs/s, nous avons pu concevoir deux prototypes de laboratoire qui reposent sur un échantillonnage direct du signal radiofréquence.

Résultats majeursNous avons conçu deux prototypes d’émetteurs à retournement temporel pour les micro-ondes. Le premier, installé au LOA, est composé de 8 antennes et fonctionne dansune bande de 200 MHz autour de 2.4 GHz. Le second, réalisé à l’IETR, est fait d’une seule antenne mais fonctionne dans une bande plus large (1 GHz autour de 2.4 GHz).Parallèlement, le LOA a également mis au point un réseau récepteur d’antennes dites « microstructurées ». Ces antennes bien que séparées d’une distance très inférieure àla longueur d’onde (typiquement λ/30) se comportent de façon indépendante et peuvent donc recevoir des messages distincts. On accroît ainsi le débit d’information transmisdans un volume donné.

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ces• Garnier et K. Solna

Effective transport equations and enhanced backscattering in random waveguidesSIAM J. Appl. Math, Vol. 68, pp. 1574-1599 (2008).

• J . Garnier et G. PapanicolaouPulse propagation and time reversal in random waveguidesSIAM J. Appl. Math, Vol. 67, pp. 1718-1739 (2007).

• G. Lerosey, J. de Rosny, A. Tourin, M. FinkFocusing Beyond the Diffraction Limit with Far-Field Time ReversalScience 315, 1120 (2007)

• G. Lerosey, J. de Rosny, A. Tourin, A. Derode, M. FinkTime Reversal of Wideband MicrowavesApp. Phys. Lett. 15, 154101 (2006)

• A. Tourin, G. Lerosey, J. de Rosny, A. Derode, M. FinkTime reversal telecommunications in complex environmentsComptes Rendus de l’Académie des Sciences 7, 816 (2006)J.-P. Fouque, J. Garnier et K. Solna

• Time reversal super resolution in randomly layered mediaWave Motion, Vol. 43, pp. 646-666 (2006)

Brevet- Demande déposée le 11 juillet 2006 sous le n° 0606315.

Invitées• Réunion du GDR IMCODE – 20&21 décembre 2007

(Grenoble)• Colloque sur le Retournement Temporel organisé par les

GDR Ondes et Imcode, 11 janvier 2007, InstitutPoincaré (Paris)

• Journées du CNFRS, Paris 2006

Colloques : 10


Le projet PlastiGlass vise à mieux comprendre la plasticité des verres. Cephénomène, a priori limité aux petites échelles (le verre est un archétype du

matériau fragile) pourrait être marginal. Son importance technologique estpourtant notable : les propriétés mécaniques de contact des verres sont en effetlargement contrôlées par la plasticité. Du point de vue académique, cephénomène est resté jusqu'à il y a peu aussi mal caractérisé expérimentalement(les zones déformées sont micrométriques) qu'il était mal compris théoriquement(pas d'ordre cristallin donc pas de dislocations). Dans ce contexte le projetPlastiGlass a pour but de mettre en place des sondes spectroscopiques bienrésolues spatialement (Raman et Brillouin) permettant une mesure locale de la

densification permanente, un aspect clé de la plasticité du verre et de développerdes outils de modélisations aux différentes échelles du problème (caractérisationdes réorganisations locales, briques élémentaires de la déformation plastique àl'échelle moléculaire, modélisation des couplages désordre\---élasticité à l'échellemésoscopique, identification de lois de comportement mécanique à l'échellecontinue). La variété des techniques utilisées et des questions soulevées place ceprojet au carrefour de la physique de la matière condensée, de la physiquestatistique, de la mécanique et de la géophysique (conditions extrêmes).

Résumé

Modélisation multi-échelles et techniques micro-spectroscopiques

pour l'étude de la plasticité des verres

Damien Vandembroucq

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Acronyme PlastiGlassEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 550 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 131.4

Autres IT : Recrutés : 70Doctorantss : 50

Discipline Physique

Mots clés • Plasticité• Verre• Spectroscopie• Densification• Modélisation multi-échelles

Damien VANDEMBROUCQ,, PMMH UMR 7636 CNRS/ESPCI (SVI UMR 125 CNRS/Saint-Gobain jusque 31/12/07) - Anne TANGUY, LPMCN, UMR 5586 CNRS/Université Lyon -1Bernard CHAMPAGNON, LPCML, UMR 5620 CNRS/Université Lyon 1 - Walter KOB, LCVN, UMR 5587 CNRS/Université Montpellier 2

Réorganisation structurale à l'origine de la déformation plastique d'un verre 2D

le programmeblanc

102

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursDu point de vue scientifique les difficultés sont de deux ordres : du point de vue expérimental, il s'agit de réussir à estimer un champ de déplacement avec une résolutionmicrométrique ; du point de vue théorique il s'agit de comprendre et caractériser les réorganisations structurales à l'origine de la plasticité des amorphes et de réussir à utiliserl'information à l'échelle atomique pour faire émerger une description mésoscopique qui puisse être générique (aussi peu dépendante que possible des détails du matériauconsidéré). Du point de vue culturel, ce sujet mêle des communautés scientifiques dont les vocabulaires et les concepts sont parfois très éloignés (Mécanique vs spectroscopieen conditions extrêmes par exemple).

Résultats majeurs• Le développement de techniques de caractérisation des réorganisations locales à l'origine de la plasticité [1-3].• La caractérisation par spectroscopie Raman de la densification de la silice amorphe et de son écrouissage sous l'effet de la pression, i.e. de son vieillissement au sensmécanique [4,5]). • L'identification d'une loi de comportement plastique pour la silice amorphe [6].)• Le développement du premier micro-spectromètre Brillouin européen au LCVN. Cette technique a permis d'effectuer les premières mesures de la densification locale surdes empreintes d'indentation réalisées sur des échantillons de verre silicaté. Outre sa résolution tant spectrale que spatiale, cet outil a pour intérêt sa versatilité : il permeten effet d'étudier des verres de compositions quelconques.

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s• F. Léonforte, A. Tanguy, J.P. Wittmer and J.-L. Barrat, "Inhomogeneous elasticresponse of silica glass", Phys. Rev. Lett. 97, 055501 (2006)

• M. Talamali, V. Petäjä, D. Vandembroucq and S. Roux, “Path independent integral toidentify localized plastic events in two dimensions”, Phys. Rev. E 70, 016109 (2008)

• M.Tsamados, A. Tanguy, F. Léonforte and J.-L. Barrat, "On the study of local stressrearrangements during quasistatic plastic shear of a model glass: do local stresscomponents contain enough information?", Eur. Phys. J. E, 26, 283-293 (2008).

• B. Champagnon, C. Martinet, M. Boudeulle, D. Vouagner, C. Coussa, T. Deschampsand L. Grosvalet : "Polyamorphism : “High pressure elastic and plastic deformations ofsilica: in situ diamond anvil cell experiments", J. Non-Cryst. Sol. 354, 569-573 (2008)

•D.Vandembroucq, T. Deschamps, C. Coussa, A. Perriot , E. Barthel, B.Champagnon,and C. Martinet “Density hardening and mechanical aging of amorphoussilica : A raman spectroscopic study“ J. Phys. Cond. Mat. 20, 485221 (2008)

• G. Kermouche, E. Barthel, D. Vandembroucq and P. Dubujet, "Mechanical modelling ofindentation-induced densification in amorphous silica", Acta Mat 56, 3222-3228 (2008)

Invitées•D. Vandembroucq ''A few aspects of plasticity of

glasses'', 13th International Symposium on Plasticity,Girdwood, Alaska, 2-6 juin 2007.

•B.Champagnon , V.Martinez, C.Coussa,T.Deschamps,D. de Ligny “In situ relaxation of densifiedglass near Tg” International Workshop on Glass andEntropy , Trencin, Slovaquie 25-26 Juin 2008

•A. Tanguy - "Inhomogeneous elasto-plastic responseof model amorphous materials" MMM2006 "MultiscaleModelling in Materials" symposium "Statisticalapproaches to irreversible deformation and failure ofmaterials", Freiburg, Allemagne, septembre 2006

•B. Rufflé ''Mechanical Relaxation in Glasses below andat the Glass Transition Temperature'', InternationalWorkshop on Glass and Entropy , Trencin, Slovaquie,22-27 juin 2008

•D. Vandembroucq ''Densification and plasticity ofsilicate glasses'', 12th Conference on the Physics ofNon-Crystalline Solids, Foz da Iguaçu, Brésil, 6-10septembre 2009.

Colloques : 34


Mesures de précision en interférométrie atomique

Jacques Vigué

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L’intérieur de la cavité du laser à colorant. Le jet de colorant est bien visible

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Depuis 1998, nous avons construit un interféromètre atomique. Il utilise un jetde lithium ensemencé dans un gaz rare permettant de varier la vitesse

atomique de 700 à 3500 m/s, correspondant à une très petite longueur d’ondede de Broglie, variant de 73 à 18 picomètres. Notre interféromètre utilise unegéométrie Mach-Zehnder, avec trois réseaux de phase jouant le rôle de lamesséparatrices et de miroirs. Ces réseaux de diffraction sont utilisés dans le régimede Bragg et ils sont réalisés par des ondes stationnaires laser, avec un lasermonofréquence. La géométrie de notre appareil nous permet de séparer les deuxfaisceaux atomiques de 100 à 300 µm selon la vitesse du jet et l’ordre dediffraction utilisé. Cette séparation est suffisante pour introduire des objets sur unseul des deux faisceaux et nous pouvons ainsi effectuer la mesure par

interférométrie atomique des interactions entre l’onde atomique et sonenvironnement.Notre projet a consisté à réaliser des mesures de haute précision et à améliorernotre interféromètre. Une amélioration importante est de remplacer le jetensemencé par ralenti et intensifié par des forces radiatives, dans le but derallonger le temps d’interaction. Nous espérons augmenter le flux d’atomestransmis et la sensibilité en phase. Nous travaillons aussi à construire un jetinterféromètre suspendu, sur une plate-forme asservie pour réduire le bruit dephase due aux vibrations de l’interféromètre. L’ensemble de ces deuxmodifications doit augmenter considérablement les performances de notreinterféromètre atomique.

Résumé

Acronyme ATOM-INTERFEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 254 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 82.8


Discipline Physique

Mots clés • Optique atomique• Interférométrie atomique • Mesures de précision

Jacques VIGUÉ, Laboratoire de Collisions, Agrégats, Réactivité UMR 5589, CNRS et l’Université Paul Sabatier, Toulouse Matthias BÜCHNER, Laboratoire de Collisions, Agrégats, Réactivité UMR 5589, CNRS et l’Université Paul Sabatier, Toulouse

104

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursPendant nos mesures, nous avons constaté une dérive de phase des franges d’interférences atomiques, que nous expliquons par des faibles déformations du support desmiroirs des ondes stationnaires, à cause des dérives lentes probablement thermiques. Jusqu’à maintenant ces effets n’étaient pas trop gênants mais, pour notre futurinterféromètre travaillant avec un jet ralenti, la maîtrise des ces effets est indispensable.

Résultats majeursa) l’application d’un champ électrostatique sur un seul faisceau nous a permis la mesure absolue de la polarisabilité de lithium avec une incertitude réduite d’un facteur troispar rapport à la meilleure mesure antérieure datant de 1974.b) nous avons introduit un gaz sur un bras de l’interféromètre, ce qui déphase et atténue l’onde atomique. Ces effets sont décrits par un indice de réfraction complexe quenous avons mesuré et nos mesures, effectuées en fonction de la vitesse atomique, sont en bon accord avec la théorie.c) un nanoréseau introduit sur un bras diffracte l’onde. Le signal interférométrique mesure l’amplitude complexe de diffraction dans l’ordre zéro dont la phase est très sensibleà l’interaction de van der Waals atome-surface. Nos mesures précises sont sensibles à la lente dépendance de cette phase avec la vitesse des atomes.

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ces• High sensitivity atom interferometry measurement of the atom-surface interaction

Lepoutre S., Jelassi H., Trénec G., Büchner M., Vigué J. Lonij V. and Cronin A.Sousmis à Phys. Rev. Lett.

• Index of refraction of gases for matter waves: Effect of the motion of the gas particles onthe calculation of the index Champenois C., Jacquey M., Lepoutre S., Büchner M.,Trénec G. and Vigué J. Phys. Rev. A. 77, 013621 (2008)

• First measurements of the index of refraction of gases for lithium atomic waves Jacquey M., Büchner M., Trénec G. and Vigué J., Phys. Rev. Lett. 98, 240405 (2007)

• Test of the isotopic and velocity selectivity of a lithium atom interferometry by magneticdephasing, Jacquey M., Miffre A., Büchner M., Trénec G. and Vigué J.Euro. Phys. Lett. 77, 20007-20012 (2007)-

• Vibration-induced phase noise in Mach–Zehnder atom interferometersMiffre A., Jacquey M., Büchner M., Trénec G. and Vigué J.Appl. Phys. B 84 (4), 617-625 (2006)

• Measurement of the electric polarizability of lithium by atom interferometryMiffre A., Jacquey M., Büchner M., Trénec G. and Vigué J. Phys. Rev A 73, 011603(R) (2006)

Invitées• ESF exploratory workshop, (Vienne, Austriche 5-7 oct.

2007): SIGRAV meeting à Florence (Italie) 27 sept. -1oct. 2006.

• Fascination for lasers, molecules and clusters, Berlin(6-7 oct. 2006)

• Congrès Général de la Société Française de Physique etde Belgian Physical Society ; Lille 29 Août-2Septembre 2005

• COLOQ9, Dijon 7-9 Septembre 2005.

Colloques : 9


Le projet est destiné à analyser des solutions de la théorie de jauge décrivantdes boucles de flux statiques ou stationnaires qui sont stabilisées contre leur

contraction soit par leur torsion intrinsèque (nœuds), soit par leur momentangulaire (vortons). De tels objets peuvent avoir des applications nombreuses quiont été étudiées depuis longtemps dans des domaines divers de la physique,comme par exemple en physique de hautes énergies, en physique du solide, et encosmologie.

Résumé

Solitons de types nœud et vorton dans la théorie de jauge

Mikhail Volkov

105

Acronyme Nœuds Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 150 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 37.8


Discipline Physique

Mots clés • Solitons • Théorie de jauge • Boucles des vortex• Équations differentielles• Analyse numérique

Mikhail VOLKOV, Laboratoire des Mathématiques et Physique Théorique, UMR-6083, Université de Tours. - Brandon CARTER, Laboratoire de l’Univers et de ses Théories, UMR-8102, Observatoire de Paris, Meudon

le programmeblanc

A constant energy density surface for the typical vorton solution.

106


Résultats majeursLes solutions du type cordes supraconductrices ont été construites dans le secteur de Weinberg-Salam du Modèle Standard. Cela donne le premier exemple de nouvellessolutions construites en Modèle Standard depuis longtemps. Une analyse complète de stabilité de ces solutions a montré que des parties suffisamment courtes de la cordesont stables, ce qui suggère que des petites boucles faites de ces cordes peuvent être stables aussi. Les solutions du type boucles stationnaires stabilisées par la rotation(vortons) ont été construites explicitement pour la première fois dans une théorie des champs scalaires ainsi que dans la théorie de jauge.

Publ

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Solit

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nœud

et v

orto

n

Conf

éren

ces• E.Radu and M.S.Volkov, Stationary ring solitons in field theory – Knots and vortons.

Physics Reports 468, 101-151 (2008).• J.Garaud and M.S.Volkov, Stability analysis of the twisted superconducting semilocal

Strings. Nucl.Phys. B799, 430-455 (2008). • D.V.Gal’tsov, E.A.Davydov, M.S.Volkov, Einstein-Yang-Mills strings,

Phys.Lett., B648, 249-253,2007.• M.S.Volkov, Superconducting electroweak strings, Phys.Lett., B644, 203-207,2007.• B. Hartmann, B. Carter. Logarithmic equation of state for superconducting cosmic strings.

Phys.Rev.D77, 103516,2008.• L.D. Faddeev, A.J. Niemi. Spin-Charge Separation, Conformal Covariance and the SU(2)

Yang-Mills theory. Nucl.Phys. B776, 38-65,2007.

Invitées• Classical Field Theory and Solitons, Cambridge

(Angleterre), July 2006• Solitons and Vortices, Leyde (Pays-Bas), July 2006• Peyresq Physics 12, Peyresq (France), June 2007• Strings and Superstings in Observational Cosmology,

APC Paris, Decembre 2007.• Group 27, Yerevan (Armenie), August 2008.

Colloques : 3


U S A Runité support de l’ANR

CNRS USAR3 rue Michel Ange

75794 Paris CEDEX 16

Documents

le progr bammelanc - CNRS - DGDR...Le projet vise à utiliser un ensemble de méthodes locales, optiques et acoustiques, couplées à des modélisations mésoscopiques ou atomiques,