Groupe Neutrino Les n au LAPP STEREO Tourniquet Section 01 D.Duchesneau Les n au LAPP Bilan 2009 – 2014 Activités en cours et à venir STEREO WA105 SuperNEMO Tourniquet Section 01 LAPP 9 décembre 2014

Le groupe Neutrino (décembre 2014) Chercheurs: 8 3 permanents et 1 émérite : I.de Bonis (MC) depuis jan. 2014, P. Del Amo Sanchez (MC), D. Duchesneau (DR), H. Pessard (DR émérite depuis sept. 2011) 2 postdocs A. Remoto (postdoc ENIGMASS depuis mars 2013 pour 3 ans) W. El Kanawati (postdoc ANR/IN2P3 depuis janvier 2014 pour 2 ans et 9 mois) 2 doctorants: L. Manzanillas (depuis octobre 2013):STEREO soutenance prévue en 2016 Co-encadrement: P del Amo Sanchez / D. Duchesneau T. Le Noblet (depuis octobre 2014): SuperNEMO soutenance prévue en 2017 Co-encadrement: D. Duchesneau / A. Remoto Les membres des équipes techniques seront donnés par la suite pour chaque activité A noter: J. Favier (ex-émérite et bénévole) est membre du groupe neutrino depuis toujours

Mouvement de chercheurs entre 2009 et 2014: Départ: 2 A. Zghiche (DR) jusqu’en 2013 (maintenant en MàD au CEA sur CMS) F. Brunet (doctorant ayant soutenu en 2012, thèse OPERA dirigée par A. Zghiche) Arrivée: 5 I. de Bonis (MC) en janvier 2014; activité précédente LHCb au LAPP A.Remoto (postoc) depuis mars 2013; activité précédente: thèse à Subatech/APC sur Double Chooz W. El Kanawati (postdoc) depuis janvier 2014; activité précédente postdoc au Laboratoire Créatis (Centre de Recherche en Acquisition etTraitement de l'Image pour la Santé) à l’INSA de Lyon L. Manzanillas (doctorant) en 2013; M2 de Clermont Ferrand T. Le Noblet (doctorant) en 2014, M2 de Grenoble

Le groupe Neutrino entre 2009 et 2014 Importante évolution dans les activités: De 2009 à 2012: uniquement OPERA Fin 2012: nouvelle orientation et nouveaux objectifs (fin prise de données OPERA): participer à des projets sur des thèmes clés de la physique des neutrinos avec développements techniques et retour scientifique à moyen terme (sur 3-4 ans). Pour le long terme s’impliquer dans une expérience de faisceau longue distance et participer très rapidement au R&D nécessaire Profite du cadre offert par le développement du pôle neutrino de ENIGMASS avec LPSC, LSM et LAPTh

Activités expérimentales du groupe dans ce cadre: OPERA/CNGS: 2009-2015 l’exploitation sur le site du détecteur, la prise de données analyse des interactions neutrino pour la recherche d’oscillation nm nt STEREO 2013-2017 (ANR ‘programme blanc’ ) Système de calibration avec sources radioactives Blindages: mécanique, réalisation Installation et commissionning au réacteur de l’ILL et analyse des données SuperNEMO démonstrateur (2013-2017) développement des feuilles sources de double beta développement du ‘Slow control’ Installation, commissionning au LSM et analyse des données Préparer le plus long terme: (2016-2025) Développement d’un R&D de prototype de TPC double phase au CERN (WA105 et plateforme neutrino du CERN) Projet de Long baseline (type LBNO/ ELBNF) avec détecteur de grand volume de LAr

Fonctionnement du groupe depuis 2013 Le groupe neutrino couvre des activités sur 3 projets récents dont 1 ANR obtenue en 2013: Les 8 membres du groupe s’investissent dans 1 activité principale liée à 1 projet donné. Format d’équipe souhaitable: 1 ou 2 permanents + 1 post doc + 1 étudiant de thèse Equipes: STEREO: P. del Amo Sanchez, W. El Kanawati, H. Pessard + L. Manzanillas (PhD), J. Favier SuperNEMO: D. Duchesneau, A. Remoto + T. le Noblet (PhD) + K. Lang (prof invité de Austin TX pour 1 an) WA105: I de Bonis, D. Duchesneau, H.Pessard Chaque équipe se réunit dans le cadre de son projet avec les équipes techniques correspondantes de manière très régulière (hebdomadaire) Tous les mois 1 réunion regroupant les chercheurs pour présenter discuter les avancées, les idées et suivre les autres projets.

Bilan et faits marquants I- OPERA

OPERA (2009-2014) 13 publications, 6 conférences Chercheurs P. Del Amo Sanchez, D. Duchesneau, J. Favier, H. Pessard, A. Zghiche (jusqu’en sept. 2013) F. Brunet (Doctorant 2009-2012) Forte implication technique dans l’expérience OPERA depuis le début: Manipulateurs des blocs cibles d’OPERA. Le LAPP était le seul maître d’œuvre Exploitation du détecteur et prises de données. développement outils d’analyse et études des interactions neutrino n 12.5cm 8cm 10cm 8.3 kg 10X0 BMS équipe technique Mécanique: L. Giacobone, P. Mugnier, F. Peltier Automatisme: I. Monteiro Informatique: L. Fournier, J. Jacquemier, T. Le Flour, S. Lieunard 250000 briques => 1.3 kt

OPERA (2009-2014) Activités principales: 18 m Activités principales: Système de manipulation des briques cibles (BMS) dont le LAPP est responsable Analyse de physique des oscillations dans les canaux t g3h et tg e et étude nm g ne Dernier run du faisceau CNGS en 2012 Fin de la prise de données le 3/12/2012. 18.2x1019 pot depuis 2008 (80% de l’intensité nominale) Résultats récents d’oscillation Observation de 4 candidats nt avec l’analyse de 90% des données Mesure du taux de ne et contrainte sur l’apparition de ne par oscillation 1er candidat t- g h- nt 2eme candidat 3eme candidat Fond attendu: 0.22 evt Exclu la non oscillation à 4.2 s t- g 3h nt t-  m- nt Objectif: finalisation analyse et démontage en 2015

Illustration: activités LAPP sur OPERA: Gestion des manipulations des 150 000 briques cibles et extraction des cibles contenant les interactions neutrinos. A noter: les BMS tournent depuis près de 10 ans sans faillir! En ayant déplacé plus de 5 ktons de briques avec précision Développement de la méthode de mesures d’impulsion des particules chargées par diffusion coulombienne dans les émulsions Essentiel pour la cinématique précise des événements et validation des candidats

II- STEREO

STEREO (depuis mi-2013, ANR) Objectifs: recherche de neutrinos stériles ou contraindre son existence dans l’espace des paramètres des anomalies actuelles (masse de l’ordre de 1eV2) Chercheurs P. Del Amo Sanchez, W. El Kanawati, J. Favier, H. Pessard L. Manzanillas (Doctorant depuis oct 2013) Détecteur de 2.3 m3 de liquide scintillant dopé au Gd (0.2%) Placé à 8m du coeur du réacteur de l’ILL Signature: νe+p→e++n Cible compartimentée pour voir la dépendance en L/E à différents L Détection avec photomultiplicateurs de 8’’ équipe technique Mécanique: G. Deleglise, F. Peltier; Automatisme: I. Monteiro: électronique: S. Vilalte

Le projet STEREO au LAPP Activités mécaniques: Etude mécanique des structures de blindage PE et plomb Etude du système de déplacement sur coussins d’air et conception du système du guidage Conception et réalisation mécanique d’un système de calibration avec sources radioactives g et n Activité électronique: Électronique de lecture et alimentation du PMT dispositif Na-22. Trolley Na-22 & PM holder (Exchangeable part)

Le projet STEREO au LAPP Activités simulation et calibration: Travaux de simulation pour définir de système de calibration par sources Validation de calibration de l’échelle en énergie avec sources depuis l’extérieur Inter-calibration d’efficacité de capture du neutron en différentes cellules avec source sous la cuve Détermination de l’efficacité de capture du neutron au centre d’une cellule avec une source à l’intérieur Détermination de la dépendance en Z depuis l’extérieur avec Na-22 collimée Cristal scintillant 5x5x20 mm3 Thèse de L. Manzanillas: Développement du système de calibration par sources de l’expérience STEREO et recherche de neutrinos stériles auprès du réacteur de l’ILL. Etude (mesures et simulation) de bruit de fond pour dimensionement des blindages PE et Plomb

III- Démonstrateur SuperNEMO

Démonstrateur SuperNemo (depuis 2013) Chercheurs D. Duchesneau, A. Remoto, K. Lang (prof. invité jusqu’en juillet 2015) T. Le Noblet (Doctorant depuis oct 2014) Objectifs: démontrer la faisabilité de réaliser ce détecteur très basse radioactivité et contraindre l’existence du processus double beta sans neutrino avec sensibilité: ⟨mν⟩ ~ 0.20 - 0.40 eV Détecteur composé d’une chambre à traces et d’un calorimètre + feuilles sources de l’isotope 2b (A,Z) g (A,Z+2) + 2 e- Observables: énergie électrons , distribution angulaire équipe technique Mécanique: J.M. Dubois, A. Jeremie Informatique: T. Le Flour, S. Lieunard, J.L. Panazol ; Electronique: E. Chabanne

Activités principales: SuperNEMO au LAPP Activités principales: Développement d’une méthode pour produire et optimiser les feuilles sources de 82Se en collaboration avec LSM Développement du système de ‘slow control’: bâti sur l’expérience de l’équipe CTA pour développer l’architecture autour des serveurs OPC UA Simulation des performances du démonstrateur en fonction des paramètres des sources Analyse des données de NEMO3 pour l’étude du 116Cd 2 publications, 2 conférences, 1 stage M2 et 1 thèse débute (T. Le Noblet)

SuperNEMO au LAPP (depuis mars 2013) feuilles sources de 82Se LAPP est responsable de la production de la moitié des bandes sources du démonstrateur. Nouveau design proposé: tulle comme support interne Les protocoles de fabrication sont définis Les outils sont réalisés Tous les matériaux ont été sélectionnés Les mesures de radio pureté ont été effectuées (au LSM et à Canfranc dans BiPo) Sept 2013 Avril 2014 Nov 2014

SuperNEMO au LAPP (depuis mars 2013) déc. 2013 feuilles sources de 82Se Juill. 2014 Nov. 2014 2.70 m

SuperNemo: Développement du système de Slow Control LSM Exigences Traiter des sous-systèmes hétérogènes Contrôle à distance sécurisé Cycle utile 24h/24, 2-10 années ~75% temps : pas d’équipe technique au labo Interopérabilité avec les composants logiciels externes Evolutivité : future 20 modules (LSM extension) Bâti sur l’expérience de l’équipe CTA développe l’architecture autour des serveurs OPC UA selon la technologie envisagée pour CTA: intégration de matériel très varié homogénéisation des accès indépendante de la plateforme; implémentation multi-langages (C, C++, Java etc…) Actuellement: définition des cas d’utilisation et description des interfaces Prototype de l’ensemble logiciel utilisant l’alimentation de la bobine SuperNemo en développement: Test le contrôle et le monitoring à distance

IV- WA105 et Long Baseline

WA105 (débute en 2014) Chercheurs I. De Bonis, D. Duchesneau, H. Pessard Dans le cadre de projet de Long baseline avec TPC Argon liquide de grand volume. Long terme: (2014-2025) European Design Study Laguna-LBNO a terminé (2012-2014) Programme de R&D de détecteur sur la technologie TPC LAr pour futurs détecteurs souterrains => WA105 sur la plateforme neutrino du CERN 1 publication, 1 conférence équipe technique Mécanique: G. Deleglise, N. Geffroy Automatisme: G. Balik, L. Brunetti Electronique: C. Drancourt

Activités au LAPP: TDR: arXiv:1409.4405v1 Etude mécanique du système de suspension du plan d’anode et système de contrôle de positionnement TDR: arXiv:1409.4405v1 Participation à l ’électronique de lecture des photomultiplicateurs de la la lumière de scintillation Etude de la production de lumière de scintillation dans l’argon liquide et développement du logiciel de simulation.

Activités d’encadrement dans le groupe neutrino depuis 2009 2 stage de L3 (2013) 1 stages de M1 (2014) 2 stages de M2 (2013, 2014) 1 thèse de doctorat (2009-2012) 2 thèses en préparation depuis oct. 2013 et oct 2014 Présentations à des conférences ou workshops internationaux:7+2 posters HEP-EPS 2009 (H. Pessard) Rencontres de Blois 2012 (F. Brunet) NuFact2012 (D. Duchesneau) NNN12 (A. Zghiche) Moriond EW2013 (P. del Amo Sanchez) TAUP’13 (D. Duchesneau) Poster à ICHEP2014 (P. del Amo Sanchez) NOW2014 (A. Remoto) Poster à Neutrino 2014 (A. Remoto) Publications (2009-2014): 25 7 ‘proceedings’ de conférence internationale 18 publications dans des revues avec comité de lecture

Contributions au GDR neutrino: 3 Séminaires: 5 OPERA au LPNHE Janvier 2012 (H. Pessard) OPERA à l’IPNO Janvier 2012 (D. Duchesneau) Double Chooz au LAPP Février 2013 (A. Remoto) OPERA au MPP Munich Juillet 2013 (P. del Amo Sanchez) SuperNEMO au LPNHE Janvier 2014 (A. Remoto) Contributions au GDR neutrino: 3 OPERA au LAPP novembre 2011 (F. Brunet) OPERA au LPNHE mai 2013 (P. del Amo Sanchez) Neutrino 2014 Highlights LAL mai 2014 (A. Remoto) Organisation de réunions: 3 Réunion du GDR Neutrino du CNRS en novembre 2011 à Annecy. Réunion de collaboration OPERA en décembre 2012 à Annecy Réunion de collaboration STEREO en septembre 2014 à Annecy

Responsabilités: H. Pessard est membre du comité éditorial d’OPERA, le ‘Publications and Talks Committee’, et a été le chairman de ce comité de 2010 à 2014 D. Duchesneau est membre de l’’Executive Committee’ d’OPERA et deputy chairman du Collaboration Board d’OPERA P. del Amo Sanchez est responsable LAPP de l’ANR STEREO H. Pessard chairman du comité de publication et talks de STEREO H. Pessard et P. del Amo Sanchez membres de de l’’Executive Committee’ de STEREO G. Deleglise: responsable intégration mécanique STEREO E. Chabanne: responsable du ‘Slow Control’ de SuperNEMO.

Responsabilités administratives et d’enseignement Enseignements: P. del Amo Sanchez: Université de Savoie: TD et TP dans la license et master de Physique (de L1 à M1) ENS de Lyon: Cours magistraux et TD de Physique des Particules niveau M2, en collaboration avec Lucia di Ciaccio. I. de Bonis: IUT Annecy-le-Vieux responsable de l'enseignement de la physique au département GEII responsable APB du recrutement des futurs étudiants Implications dans la vie de l’Université: P. del Amo Sanchez: Membre du comité consultatif de la 29ème section de l'UdS depuis avril 2011 Réprésentant de l'UdS au Conseil Scientifique du réseau IDPASC (International Doctorate Network in Particle, Astroparticle and Cosmology) depuis décembre 2011 D. Duchesneau: membre du conseil de l’Ecole Doctorale de physique de l’Université de Grenoble

Projet scientifique Le groupe a défini ses objectifs à moyen et long terme: Terminer OPERA en 2015 avec démontage (implique l’équipe technique quelques semaines) Réaliser le projet STEREO; prototype de système de calibration au lapp (mécanique + banc test Na-22) ; faire fonctionner, maintenir le système de calibration par sources et analyser les données réacteurs d’ici 2017. Terminer les développements techniques des sources de SuperNEMO en 2015 pour installer celles qui seront produites après validation. Finaliser le système de contrôle commande du démonstrateur SuperNEMO pour permettre à la collaboration de gérer le détecteur. Analyser les données du démonstrateur, bruit de fond, événements à 2 neutrinos pour démontrer le potentiel d’un tel détecteur d’ici 2018. (résultats peuvent influer sur la suite) Préparer le futur de l’ensemble du groupe vers le projet de faisceau longue distance pour la hiérarchie de masse et la violation CP. => Pour cela s’impliquer dès maintenant dans le R&D TPC argon liquide et l’option double phase avec comme objectif de réaliser le prototype de 6mx6mx6m WA105 pour faisceau de particules chargées en 2017. 28 Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 28

Evolution du groupe à venir Evolution souhaitée et nécessaire serait un renfort d’un chercheur. À savoir que le LAPP a eu sa dernière entrée CNRS dans un projet neutrino il y a 21 ans en 1993. Depuis malgré les demandes répétées rien à l’horizon (voir diapo sur les concours neutrino) 1 proposition de thèse a été déposée pour le projet de WA105/ LBL en 2015. Donc il y a une possibilité d’avoir un doctorant supplémentaire. Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 29

Auto analyse du groupe Points forts: Opportunités: Points faibles: Membres et groupes techniques motivés Projets porteurs avec retour de physique à moyen terme Implications techniques importantes et valorisantes Evolution positive de la taille du groupe Attractivité pour des doctorants Opportunités: Développement du pole neutrino avec Enigmass ANR STEREO Implication dans les projets LBNO/ELBNF avec R&D pour dét LAr Points faibles: Taille du groupe et faible nombre de permanents Plusieurs projets avec des plannings équivalents avant 2018 Risques: Devoir appliquer des priorités sur les implications techniques Affaiblissement majeur du groupe neutrino après 2019 par baisse des effectifs sans aucune entrée d’ici là. Groupe Evaluation AERES 13-14 janvier 2011 30

suppléments

'contingent' neutrino expérimental au CNRS: Résultats concours CNRS depuis 2007: 8 dans la région parisienne: 3 à l'APC (2007, 2010 et 2012) 2 au LPNHE (2011 et 2013) 1 au LAL (2009) 2 au LLR (2011 et 2014) 1 en province: 1 à l'IPHC (2009) Près de 89% des postes à saveur neutrino ont été affectées dans la région parisienne depuis 2007 (8 postes/9 en 8 ans). Avec une telle répartition va se poser la question de l’impact sur les groupes dans certains labos qui s’investissent beaucoup sur cette thématique sans pouvoir croitre