LAGUNA

Voir le projet du LSM : projet Memphys

17-18 janvier 2013 : Meeting Laguna à Modane

Le but de ce meeting du réseau européen LAGUNA-LBNO sur le site du Fréjus (Modane - LSM - Bardonecchia et les deux tunnels) était de lancer la poursuite de l'étude d'une expérience à l'échelle mégatonne (MEMPHYS) à proximité de l'actuel LSM, étude effectuée dans la phase LAGUNA-I, et de la compléter en la poussant également le plus possible dans les détails.

Le meeting a démarré le 17 janvier au matin par la visite du Laboratoire actuel (LSM), suivie d'une rencontre, côté italien, avec des dirigeants de la SITAF (Mr. Magrì, directeur général et Mr. Sergi, directeur d'exploitation) qui nous ont assuré de leur plein soutien et de leur coopération pour ce grand projet. Les problèmes posés par cette "cohabitation" ont également pu être abordés d'une manière très constructive.

Après une visite largement commentée du PC italien et un déjeuner à Bardonecchia, il y a eu coté France, une visite de l'abri n°1 et du chantier de la galerie de sécurité actuellement en phase avancée de construction, visite assurée par Mr. Miché de la SFTRF, responsable technique de cet ouvrage.

Après une présentation du LSM et de sa prochaine première extension par Fabrice Piquemal, la réunion au siège du LSM a permis de faire un inventaire assez exhaustif des aspects qui restent à mieux étudier concernant l'ensemble du projet, depuis l'excavation des grandes cavités, leur stabilisation, les équipements (ventilation, système de refroidissement, puissance électrique, alimentation en eau ainsi que sa purification pour le remplissage des tanks (700 000 m 3 ), etc.), le détecteur (200 000 photomultiplicateurs, l'électronique, le câblage, le système d'acquisition, etc.), jusqu'à l'infrastructure à l'extérieur, à Modane. Tout cela, y compris bien entendu, les aspects de sécurité qui apparaissent aux différents niveaux.

D'autre part nous avons eu l'honneur d'une intervention du Maire de Modane, Mr. Jean-Claude Raffin, qui nous a dit tout l'intérêt et le soutien qu'il porte, ainsi que le Département et la Région à ce projet ambitieux qui aurait également un impact socio-économique local très significatif.

Enfin un diner très sympathique à Aussois, au fort Marie-Christine, a permis de clôturer cette rencontre importante dans la convivialité.

Démarrage de la deuxième phase d'étude de Laguna

La deuxième phase d'étude du projet Laguna (Large Apparatus for Grand Unification and Neutrino Astrophysics) vient de démarrer. Laguna vise à étudier la faisabilité d'une grande infrastructure européenne pour un observatoire souterrain à neutrinos de grand volume. Cette infrastructure sera dédiée aux recherches dans le domaine de la physique des paticules et des astroparticules : Etudes des propriétés du neutrino, durée de vie du proton, détecteion des neutrinos de supernovae, origine de l'asymétrie entre matière et antimatière...

Laguna réunit près de 300 chercheurs issus de 38 institutions, dont l'IN2P3, dans une douzaine de pays. Plusieurs sites sont envisagés pour accueillir Laguna, en particulier le Laboratoire souterrain de Modane. Financé par la Commission européenne dans le cadre du 7e programme cadre FP7, le projet d'étude durera 3 ans. Laguna fait partie des grandes infrastructures européennes proposées dans la feuille de route d'Aspera, le réseau européen des agences de financement dans le domaine de la physique des astroparticules.

Lire le communiqué (18 octobre 2011, version anglaise) :

http://s.aspera-eu.org/LAGUNA-PR

Collaborative Project Design Study

Large Underground Observatory for Proton Decay, Neutrino Astrophysics and CP-violation in the Lepton Sector

A new research infrastructure supporting deep underground cavities able to host a very large multipurpose next-generation neutrino observatory of a total volume in the range of 100.000 to 1.000.000 m³ will provide new and unique scientific opportunities in the field of particle and astroparticle physics, attracting interest from scientists worldwide to study proton decay and neutrinos from many different natural sources, very likely leading to fundamental discoveries.

The Superkamiokande Water Cerenkov Imaging detector with a total volume of 50.000 m³ and the T2K long baseline neutrino oscillation experiment in Japan represent today the state-of-the-art in this field, addressing neutrino astrophysics and studying neutrino properties. Swiss groups are visibly engaged in the T2K experiment since 2006. First physics results are expected in summer 2010.

One of the main reasons for a new observatory beyond Superkamiokande is to find direct evidence for the Unification of all elementary forces, by searching for a rare process called proton decay. The new underground detector will pursue the only possible path to directly test physics at the GUT scale, significantly extending the proton lifetime search sensitivities up to 10 ³⁵ years, a range compatible with several theoretical models.

While searching for proton decays, the continuously sensitive underground observatory will offer the opportunity to concurrently detect several other rare phenomena. In particular, it will sense a large number of neutrinos emitted by exploding galactic and extragalactic type-II supernovae, allowing an accurate study of the mechanisms driving the explosion. The neutrino observatory will also allow precision studies of other astrophysical or terrestrial sources like solar and atmospheric ones, and search for new sources of astrophysical neutrinos, like for example the diffuse neutrino background from relic supernovae or those produced in Dark Matter (WIMP) annihilation in the centre of the Sun or the Earth.

In addition, the recent measurements of neutrino oscillations point forward to the need to couple the new neutrino observatory to advanced neutrino beams for instance from CERN, to study matter-antimatter asymmetry in neutrino oscillations, thereby addressing the outstanding puzzle of the origin of the excess of matter over antimatter created in the very early stages of evolution of the Universe.

Europe currently has four world-class national deep underground laboratories with high-level technical expertise, located in Boulby (UK), Canfranc (Spain), Gran Sasso (Italy), and Modane (France), hosting detectors looking for Dark Matter or for neutrino-less double beta decays, or performing long-baseline experiments. However, none of the existing laboratory is large enough for the next-generation experiment contemplated here.

The FP7 Design Study LAGUNA (Large Apparatus studying Grand Unification and Neutrino Astrophysics), initiated and coordinated by ETH Zurich and involving 21 beneficiaries, composed of academic institutions from Denmark, Finland, France, Germany, Poland, Spain, Switzerland, United Kingdom, as well as industrial partners specialized in civil and mechanical engineering and rock mechanics, is assessing the feasibility of this Research Infrastructure in Europe. The LAGUNA consortium is evaluating possible extensions of the existing deep underground laboratories in Europe, and on top considers the creation of new laboratories in the following regions: Caso (Italy), Pyhäsalmi (Finland), Sierozsowice (Poland) and Slanic (Romania).

Similar plans are emerging worldwide, for instance in North America with the Deep Underground Science and Engineering Laboratory (DUSEL) at Homestake (South Dakota), envisioning a deep underground facility coupled to US accelerator laboratories located at appropriate distances, for long baseline neutrino oscillation experiments. In Asia, the Japanese High Energy Research Accelerator Research Organization (KEK) roadmap foresees extensions of the JPARC neutrino programme beyond the current T2K experiment by increasing the neutrino beam intensity and by constructing a new far detector replacing SuperKamiokande. This international landscape underlines the “global” nature of the project, with potential options being considered in several continents, jointly debated by the international scientific community. It is therefore likely that only one such facility will be built worldwide.

Large Underground Observatoire pour Proton Decay, Neutrino astrophysique et la violation de CP dans le secteur Lepton

Une nouvelle infrastructure de recherche soutenant les cavités souterraines profondes en mesure d'accueillir la prochaine génération de détecteur de neutrinos d'un volume total de l'ordre de 100.000 à 1.000.000 m³ offrira de nouvelles possibilités scientifiques et uniques dans le domaine de la physique des particules et astroparticules. Ce projet suscite l'intérêt des scientifiques du monde entier pour étudier la désintégration du proton et de neutrinos de diverses sources naturelles, et conduira très probablement à des découvertes fondamentales.


Le détecteur Superkamiokande avec un volume total de 50.000 m³ et la grande expérience T2K sur l'oscillation du neutrino au Japon représentent aujourd'hui l'état de l'art dans ce domaine, concernant l'astrophysique et l'étude des neutrinos. Des groupes suisses sont engagés dans l'expérience T2K depuis 2006. Les résultats de physique sont attendus à l'été 2010.


L'une des principales raisons de ce nouvel observatoire au-delà de Superkamiokande est de trouver une preuve directe pour l'unification de toutes les forces élémentaires, en recherchant un processus rare appelé la désintégration du proton. Le nouveau détecteur souterrain poursuivra la seule voie possible de tester directement la physique à l'échelle GUT, allongeant considérablement la durée de vie du proton jusqu'à 10³⁵ ans, une gamme compatible avec plusieurs modèles théoriques.


En même temps que la recherche de désintégrations de protons, l'observatoire souterrain, sensible en permanence, offrira la possibilité de détecter simultanément plusieurs autres phénomènes rares. En particulier, il détecte un grand nombre de neutrinos émis par l'explosion de supernovae galactiques et extragalactiques type-II , ce qui permet une étude précise des mécanismes d'entraînement de l'explosion. L'observatoire de neutrinos permettra également l'étude de précision d'autres sources de neutrinos astrophysiques ou terrestres, comme les neutrinos solaires et atmosphériques, et rechercher de nouvelles sources de neutrinos astrophysiques, comme par exemple le fond de neutrinos diffus issus de supernovae reliques ou ceux qui sont produits par l'annihilation de la matière noire (WIMP) dans le centre du Soleil ou la Terre.


En outre, les récentes mesures des oscillations de neutrinos pointent en avant la nécessité de coupler le nouvel observatoire de neutrinos à des faisceaux de neutrinos du CERN par exemple, afin d'étudier l'asymétrie matière-antimatière dans l'oscillation des neutrinos, permettant ainsi de compléter le puzzle sur l'origine de l'excès de la matière sur l'antimatière, créées dans les tout premiers stades de l'évolution de l'Univers.

L'Europe a actuellement quatre laboratoires souterrains profonds nationaux de classe mondiale avec une expertise technique de haut niveau, situés à Boulby (UK), Canfranc (Espagne), Gran Sasso (Italie) et Modane (France), hébergeant les détecteurs de recherche de matière noire ou de désintégration double bêta sans émission de neutrino, ou effectueant des expériences de longue durée. Toutefois, aucun des laboratoires existants est suffisamment grand pour que l'expérience de prochaine génération soit envisagée.


Le FP7 Design Study LAGUNA (Large Apparatus studying Grand Unification et Neutrino Astrophysics), initié et coordonné par l'ETH de Zurich et concernant 21 bénéficiaires, composé d'institutions universitaires du Danemark, Finlande, France, Allemagne, Pologne, Espagne, Suisse, Royaume-Uni, ainsi que des partenaires industriels spécialisés dans le génie civil et la mécanique des roches, est d'évaluer la faisabilité de cette infrastructure de recherche en Europe. Le consortium LAGUNA évalue les extensions possibles des laboratoires existants souterrains profonds en Europe et considère la création de nouveaux laboratoires dans les régions suivantes: Caso (Italie), Pyhäsalmi (Finlande), Sierozsowice (Pologne) et Slanic (Roumanie).


Des projets semblables voient le jour dans le monde entier, par exemple en Amérique du Nord avec le Deep Underground Science and Engineering Laboratory (Dusel) à Homestake (Dakota du Sud), envisageant une installation souterraine profonde couplée à des laboratoires d'accélérateur américains situés à des distances appropriées, pour des expériences de référence sur l'oscillation du neutrino . En Asie, la feuille de route de la Japanese High Energy Research Accelerator Research Organization (KEK) prévoit des extensions du programme neutrinos JPARC au-delà de l'expérience T2K actuelle en augmentant l'intensité du faisceau de neutrinos et par la construction d'un nouveau détecteur de mesure remplaçant SuperKamiokande. Ce paysage international souligne le caractère «mondial» du projet, avec des options potentielles à l'étude dans plusieurs continents, discuté conjointement par la communauté scientifique internationale. Il est donc probable que seule une telle installation sera construite dans le monde.