Groupe AHE UHECR / JEM-EUSO APC AstroParticule et Cosmologie Groupe AHE UHECR / JEM-EUSO APC Date 2016/05/11 1

Composition de l’équipe Responsable scientifique local: Étienne PARIZOT Liste des chercheurs participants: 6 permanents : Nom Qualité HDR % recherche autre projets Etienne Parizot PR oui 100% aucun Philippe Gorodetzky DREM oui 100% aucun Denis Allard CR1 non 100% théorie/phéoménologie Dmitri Semikoz DR oui 50% théorie/phéoménologie Jean-Noël Capdevielle DREM oui 50% théorie/phéoménologie Cyril Lachaud MCF non 20% simulation/phénoménologie Thomas Patzak PR oui 5% Laguna/WA105 1 post-doctorant : Lech Piotrowski: instrumentation EUSO, financement Univ. School of Mines, 100%, 12/2015–10/2016 2 Doctorants : Simon Bacholle, instrumentation/calibration EUSO, financement ED STEP-UP, dir.: E. Parizot, 100% 09/2013 – 09/2016 Aera Jung, électronique/analyse EUSO, financement CNES, dir.: E. Parizot, co-dir: P. Barrillon (LAL/IN2P3), 100%, 03/2014 – 02/2017 5 IT permanents : Guillaume Prévôt IR Instrumentation 80% Sahbi Selmane IE Électronique 30% Nathan Bleurvacq AI Mécanique 25% Guy Monnier T Électronique 20% Pierre Prat IR Électronique 10% Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 2

Production scientifique • 3 publications significatives/emblématiques dans revues à comité de lecture (2012-2015) : Special Issue du journal Experimental Astronomy (Volume 40, 2015) regroupant 16 articles de la collaboration JEM-EUSO, tous référés (publications de rang A) : 12 signataires APC Article générique décrivant la mission EUSO-Ballon, dirigée par la France, avec chef de projet à l’APC. "A balloon-borne prototype for demonstrating the concept of JEM-EUSO », P. von Ballmoos, for the JEM- EUSO Collaboration, Adv. Space Res. 53, p. 1544 (2014): 12 signataires APC Article clé, faisant le calcul explicite de l’acceptance de JEM-EUSO en fonction de l’énergie, en tenant compte de la réduction du cycle utile due aux lumières de fond (Lune, albédo…) et aux nuages. "An Evaluation of the Exposure in Nadir Observation of the JEM-EUSO Mission », the JEM-EUSO Collaboration, Astroparticle Physics 44, 76-90 (2013) [arXiv:1305.2478], 12 signataires APC • 3 publications récentes à forte contribution de l'équipe (revue, proceeding,..) : Article démontrant qu’une expérience UHECR avec une exposition de 300 000 km2 sr yr (cf. JEM-EUSO) verra des anisotropies significatives, pour tous les modèles de sources astrophysiques envisagés : "Anisotropy expectations for ultra-high-energy cosmic rays with future high statistics experiments", B. Rouillé d'Orfeuil, D. Allard, C. Lachaud, E. Parizot, C. Blaksley, S. Nagataki, A&A 567, A81 (2014) Article présentant le principe de la calibration précise des détecteurs d’EUSO, mis au point à l’APC: "A setup for the precision measurement of multianode photomultiplier efficiency », Blaksley, C., Gorodetzky, P., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 764, 198-205 (2014) Communication majeure à l’ICRC 2015, présentant l’ensemble des résultats d’EUSO-Ballon, instrument intégré, testé et calibré à l’APC, avec chef de projet global APC: "Preliminary results from the first EUSO- Balloon flight", the JEM-EUSO Collaboration, Proc. of Science 358 (2015) • Quelques thèses récentes soutenues dans l'équipe Gwenael Giacinti (2011) : théorie + phénoménologie Carl Blaksley (2013) : instrumentation + phénoménologie Simon Bacholle (2016) : instrumentation + simulations Aera Jung (2017) : instrumentation + analyse Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 3

Projets Techniques EUSO-Ballon (2012–14), Turlab (2015), EUSO-TA (2015), R&D campus spatial (2015), EUSO-SPB (2016-17), mini-EUSO (2016-18) Responsable scientifique local: Etienne Parizot Responsable technique local: Guillaume Prévôt Après le succès du vol d’EUSO-Ballon (CNES, 2014), la collaboration JEM-EUSO développe : - l’instrument EUSO-SPB pour un vol longue durée sélectionné et opéré par la NASA (avril 2017) - l’instrument mini-EUSO, sélectionné par l’ASI et ROSCOSMOS, opérant à bord l’ISS (2017) L’APC est responsable des tests, intégration et calibration de la surface focale de ces missions. Liste des chercheurs participants : Nom Statut Nom Statut Etienne Parizot permanent Lech Piotrowski post-doc Philippe Gorodetzky permanent Denis Allard permanent Liste des IT participants: 5 permanents Guillaume Prévôt IR Instrumentation 80% Sahbi Selmane IE Électronique 30% Nathan Bleurvacq AI Mécanique 25% Guy Monnier T Électronique 20% Pierre Prat IR Électronique 10% 2 Doctorants: • Simon Bacholle, instrumentation/calibration EUSO, ED STEP-UP, dir.: E. Parizot, 100%, 09/2013 – 09/2016 • Aera Jung, électronique/analyse EUSO, CNES, dir.: E. Parizot, co-dir: P. Barrillon (LAL), 100%, 03/2014–02/2017 Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 4

Activités Scientifiques Principales activités scientifiques de l’équipe: [Analyse, algorithme (identification/reconstruction), simulations, opérations/calibration …] Activité 1: Phénoménologie des UHECRs Propagation des UHECRs: protons, noyaux, photons, neutrinos, tenant compte des pertes d’énergie, de l’évolution cosmologique des sources, des déflexions par les champs magnétiques galactiques et extragal. Anisotropies: calcul de cartes du ciel pour différents modèles de sources et différentes statistiques Denis Allard (40%), Étienne Parizot (20%), Cyril Lachaud (20%), Dmitri Semikoz (20%) Activité 2: Théorie de l’accélération des rayons cosmiques Modèle d’accélération dans les chocs relativistes, application aux GRBs, implications, contraintes Denis Allard (40%), Étienne Parizot (20%) Activité 3: Transition galactique/extragalactique Modèle cohérent de la transition G/EG pour le spectre, les anisotropies et la composition des rayons cosmiques sur l’ensemble du spectre d’énergie. Denis Allard (20%), Étienne Parizot (20%) NB: Les activités UHECR sont pour nous, fondamentalement, des activités multi-messagers. Nos codes de propagation et d’accélération incluent toujours le calcul des cascade EM et des neutrinos, et nos modèles tiennent compte explicitement de l’ensemble des contraintes observationnelles. NB: le multi-messager n’est pas seulement l’étude de sources identifiées à travers différents canaux. C’est aussi la prise en compte, pour chaque étude, de l’ensemble des fonds diffus et des contraintes associées, y compris l’absence de sources (un modèle GRB UHECR qui ferait des GRBs des sources visibles aujourd’hui en neutrinos doit être l’exclu!) Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 5

Activités Scientifiques Activité 4: Retour scientifique des pathfinders EUSO-Ballon et EUSO-TA Analyse des données, reconstruction d’événements (lasers), recherche de variation du fond UV Aera Jung (50%), Lech Piotrowski (20%), Étienne Parizot (10%) Activité 5: Préparation scientifique d’EUSO-SPB Simulation du détecteur et prise en compte du cycle utile et des fonds UV, détermination du nombre de gerbes de rayons cosmiques attendues au cours du vol de longue durée Simon Bacholle (50%), Étienne Parizot (10%) Activité 6: Préparation technique d’EUSO-SPB Calibration du détecteur Simon Bacholle (50%), Lech Piotrowski (80%), Philippe Gorodetzky (80%), Guillaume Prévôt (20%) Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 6

Faits marquants Faits marquants scientifiques Premier modèle complet d’une origine possible des UHECRs au sein des GRBs (chocs internes transrelativistes): Spectre, flux et composition des sources individuelles (en fonction de la puissance et de sa répartition) Étude de population et propagation  spectre, flux et composition sur Terre Spectre très différent pour les protons ! (conséquences majeures pour la phénoménologie des RC ! Globus, N.; Allard, D.; Mochkovitch, R.; Parizot, E., MNRAS 451, 751 (2015) Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 7

Faits marquants Faits marquants scientifiques Premier modèle complet et cohérent de la transition galactique/extragalactique des rayons cosmiques, sans composante supplémentaire Satisfait l’ensemble des contraintes sur le spectre, les anisotropies et la composition à toutes les énergies, à l’aide d’une seule composante galactique et d’une seule composante extragalactique Globus, N.; Allard, D.; Parizot, E., Phys. Rev. D 92, 021302 (2015) Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 8

Faits marquants Faits marquants techniques 2012-2014: succès du vol d’EUSO-Ballon (12 pays) Gestion de projet de la mission à l’APC ! Intégration et calibration de la surface focale à l’APC 1ère réalisation spatiale de l’APC: grand succès des équipes techniques, de l’encadrement et du leadership au niveau international.  Félicitations officielles du CNES pour la gestion de projet (sans dépassement ni de coût ni de temps) et pour le retour scientifique (nombreux articles et communications dans des conférences internationales !  Décision de financement pour un deuxième vol 2015: Campagne de test en partenariat avec « Telescope Array » (USA+Japan) et à Turlab (Turin)  Démonstration du trigger et première détection autonome d’événements par un prototype de JEM-EUSO NB: Financement par l’Europe (EuHIT) et par le Campus Spatial (Paris Diderot) Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 9

Faits marquants Faits marquants programmatiques Mars 2016: « Project Initiation Conference » et sélection de la mission EUSO-SPB par la NASA (vol ballon de longue durée) Intégration et calibration de la surface focale à l’APC (labo de photo-détection)  Vol au départ de la Nouvelle-Zélande en avril 2017 2014–2015 : sélection et financement par les agences spatiales ASI et ROSCOSMOS de la mission mini-EUSO à bord de l’ISS Intégration et calibration de la surface focale à l’APC (labo de photo-détection)  Lancement vers l’ISS en octobre 2017 Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 10

Evolution anticipée (3-5 ans) L’évolution dépendra du contexte programmatique au niveau international pour les UHECRs Participation à la mission K-EUSO (ROSCOSMOS) Développement de la mission JEM-EUSO (si sélectionnée) R&D de préparation d’une future mission spatiale Activités Théorie et phénoménologie des UHECRs Étude multi-messagers de l’univers (rayons cosmiques, neutrinos, photons, ondes gravitationnelles) Vol et exploitation des données de EUSO-SPB Vol et exploitation des données de Mini-EUSO Préparation de la mission JEM-EUSO (réponse aux appels d’offre ESA-M5 et NASA-MidEx) Personnels Chercheurs : nombre constant pour les 3-5 ans à venir IT : pas de demandes au-delà de 2017 si les appels d’offre JEM-EUSO sont infructueux. Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 11

Attente (vis-à-vis de l’IN2P3) Personnels PRIORITÉ MAJEURE : Pérennisation des compétences instrumentales en photo-détection (capital pour les missions en cours et futures, dans le domaine des astroparticules en général) NB: nous avons formé de nombreux jeunes chercheurs compétents à travers les activités EUSO (thèses et post-docs) Finances Financement de la participation des équipes JEM-EUSO de l’IN2P3 (APC, LAL, OMEGA) à la Collaboration Internationale JEM-EUSO : missions de collaboration, soutien de base Contribution via le FJPPL (collaborations en cours avec le Japon) Autres Soutien politique et stratégique pour le développement de l’astrophysique des UHECRs Clarification de la stratégie de l’IN2P3 dans ce domaine : R&D, équilibre missions en cours/à venir, sol/espace, etc. Développement d’une stratégie « multi-messagers » solide et équilibrée Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 12

Budget global Récapitulatif des crédits (3 dernières années) • 2013 : 284 k€ 250 k€ (dont 118 k€ APC): CNES (division « ballons ») 25 k€ (IN2P3) 9 k€ (FJPPL) • 2014 : 310 k€ 284 k€ (dont 177 k€ APC): CNES (division « ballons ») 20 k€ (IN2P3) 6 k€ (FJPPL) • 2015 : 92 k€ 9.5 k€ (Campus Spatial Paris Diderot) 57 k€ (CNES, division « Ballons ») 5 k€ (Europe: EuHIT) 18 k€ (CNES: soutien scientifique) 2.5 k€ (FJPPL) • 2016 : 63 k€ 50 k€ (CNES, division « Ballons ») 13 k€ (CNES: soutien scientifique) • 2017 : 63 k€ attendus (CNES, division « Ballons ») Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 13