Laboratoire de physique des 2 infinis – Irène Joliot-Curie

New technologies of compact accelerators, in particular plasma accelerators, and laser-based x-ray sources, are on the verge of reaching maturity in this decade, making today the perfect time to steer them towards a broader scope of applications in academia, medicine and the industry. Training the next generation of entrepreneur-minded early-stage researchers on such a disruptive technology will enable them to start successful careers with significant societal impact. This is the goal we pursue with the Marie Skłodowska Curie Action Doctoral Network EPACE (European compact accelerators, their applications, and entrepreneurship). EPACE fosters a culture of excellence, innovation and critical thinking to help the next generation explore opportunities and guide it towards significant contributions in line with the EU missions. Emphasis is put on applications in industry (muon tomography), medicine (FLASH effect with particle beams from plasma accelerators), and impactful progress (reduced energy consumption of particle accelerators). An extensive curriculum from a world-class European business school will help the students identify and transfer the most promising innovations into commercial products. Coordinated by DESY, EPACE gathers 31 industrial and academic partners in Europe, to provide 15 PhD students with great scientific expertise, a thorough awareness of EU values and a drive towards entrepreneurship.

Located in Ljubljana, Slovenia, the Jožef Stefan Institute is the national leader in quantum research. Supported by the Marie Skłodowska-Curie Actions programme, the SQUASH project – Slovenian Quantum Science Hub – will employ 40 foreign postdoctoral researchers. The fellowships are designed to advance their research skills in four multidisciplinary fields: quantum theory, quantum materials, quantum technology, and quantum computing & information. With a broad range of international and intersectoral secondments, as well as career-developing training programs, fellows will gain a blend of additional versatile skills, significantly boosting their career-growth opportunities. The project aims at developing skilled and innovative quantum workforce across research, technology, and academia to tackle the upcoming challenges of the second quantum revolution.

Plasma accelerators driven by advanced laser sources and/or compact electron linacs are key components for the next generation of green and sustainable research infrastructures. We propose a project on the development of "Plasma Accelerator systems for Compact Research Infrastructures" (PACRI), which will develop highly important and ground-breaking plasma accelerator technologies for Europe's future research infrastructures (RI). The specific objectives of PACRI are: - The development of high repetition rate plasma modules, as required for the EuPRAXIA ESFRI project, capable of extending its scientific scope from high average brightness radiation sources to high energy physics. - Improving the performance of normal conducting accelerator technology for X-band linacs, paving the way for high repetition rate operation (up to kHz) with a focus on efficiency and power consumption. - The development of key laser components required to scale up high power, high repetition rate laser technology as required by the EuPRAXIA and ELI ESFRI research infrastructures. The achievement of the PACRI objectives will enable the production of unique particle and photon beams with a wide range of applications in ultrafast science, high precision medical imaging, materials diagnostics, medical treatment and, in the longer term, the development of future compact colliders. These developments will be used for future resource-efficient upgrades of existing RIs at INFN, Elettra, CERN, CNR, CNRS, DESY, ELI, GSI/FAIR and UKRI. In addition, PACRI will support the implementation of ESFRI's EuPRAXIA distributed research facility by consolidating its sites and centres of excellence being developed under the ongoing EuPRAXIA_PP project. It will fund the development of some technical prototypes that are crucial for the implementation of the EuPRAXIA project and other European Research Infrastructures (e.g. enabling major upgrades to the ELI-Beamlines facility).

De la lutte contre la désinformation à la cartographie en passant par la cybercriminalité et l’exploration spatiale, DALEAS a pour objectif de mettre en place la preuve de concept d’un outil multimodal capable de répondre aux exigences de métiers extrêmement différents. Plonger dans l’analyse de masse et en personnaliser les résultats grâce aux travaux de chercheurs qui ont une approche nouvelle des sujets. Inspiré à l'origine d'un système d'alertes utilisé dans le domaine de l'astronomie, appelé Fink, l’architecture proposée sera conçue pour permettre à différents agents (gendarmes, cartographes, journalistes, astronomes) d’analyser efficacement de grands volumes de données multimédias (images, vidéos, textes, etc.) en flux, provenant de diverses sources (ex. réseau social X, agences de cartographie, sources internes à un partenaire), par confrontation avec des corpus de données de référence vérifiés (IGN, images certifiées C2PA et référencées par France Télévisions, etc.), afin de détecter des anomalies, par rapport à ces références (par exemple, une information fausse telle qu’une “fake news” sur un réseau social ou une information caduque telle qu’une incohérence dans un jumeau numérique nécessitant une mise à jour). Cette preuve de concept, implantée avec le framework Apache Spark™, sera intrinsèquement pensée pour le passage à l'échelle. Ce paradigme permettra d’apporter un socle adapté à de nouvelles perspectives de recherche pour la détection d’anomalies en flux, au cœur de laquelle se trouve la problématique de l’indexation et de la recherche multimodale à grande échelle, c’est-à-dire la capacité à rechercher rapidement des informations selon un critère donné, potentiellement complexe, dans une base de données massive. Pour cela, le consortium réunit deux partenaires, l’IJCLab et le LaSTIG, qui ont développé des compétences avancées et complémentaires dans le traitement de l’information à large échelle, notamment spatiale. Ils apporteront des solutions uniques et innovantes en termes d’architectures matérielle, logicielle et algorithmique pour le traitement massif de données multimédias, reposant sur l’architecture Fink. Afin de valider qualitativement cette architecture, trois cas d’utilisation relevant de secteurs très différents seront traités : la lutte contre la désinformation avec France Télévisions et Comcyber-MI du Ministère de l’Intérieur, la mise à jour de jumeaux numériques avec l’IGN et la détection de satellites artificiels avec l’IJCLab. En mutualisant toutes les briques de cette infrastructure et en abstrayant les difficultés inhérentes à l’utilisation de l’informatique, les utilisateurs auront tout le loisir de se concentrer sur leur cas d’utilisation. DALEAS produira ainsi une infrastructure collaborative proposant des cas d’utilisation innovants. Enfin, elle s’inscrira dans l'approche des FAIR Principles for Research Software (FAIR4RS Principles), qui promeut la transparence, l’adaptabilité, la reproductibilité et l'accessibilité des logiciels de recherche, rendant ainsi réalisable et pérenne son exploitation après le projet pour tout type de secteur manipulant l’analyse de données massives en flux.

Les découvertes récentes d'éléments superlourds ne concernent que quelques événements. L'attribution de leur masse et de leur charge repose sur le calcul de la fonction d'excitation de la réaction et sur la mesure de leur désintégration alpha, les bombardements croisés servant de contrôle de cohérence. Cependant, un canal d'évaporation systématique et non détecté de particules chargées modifierait l'attribution. Ainsi, bien que les éléments de numéro atomique Z=113, 115, 117 et 118 aient été assignés au tableau périodique des éléments chimiques, complétant la septième rangée, il n'existe aucune preuve directe de leur numéro atomique, Z. Les rayons X sont une empreinte digitale du numéro atomique d'un noyau puisque l'énergie des rayons X est proportionnelle à la charge atomique Z. Notre objectif est de développer un système de détection de principe en exploitant les récentes avancées technologiques dans la fabrication de détecteurs en silicium et d'ASIC à partir de la spectroscopie de fluorescence des rayons X. Nous démontrerons que ces progrès amélioreront l'efficacité de détection actuelle de SIRIUS (GANIL) d'un facteur dix aux énergies de rayons X L et la résolution intrinsèque d'un facteur vingt. Le démonstrateur proposé sera donc capable d'identifier sans ambiguïté le numéro atomique des éléments superlourds nouvellement découverts grâce à des mesures de rayons X L.

Le projet GRAiNITA vise à développer le démonstrateur d'un calorimètre de nouvelle génération, pour une application éventuelle dans les expériences FCC e+e-, capable de fournir un échantillonnage extrêmement fin de la gerbe électromagnétique et donc une bonne résolution énergétique pour les photons (~2%/sqrt(E)). En outre, la possibilité de mesurer la fraction d'énergie hadronique dans la gerbe, présente sous forme de protons de faible énergie, en utilisant la technique de discrimination de forme d'impulsion (PSD), sera également étudiée.

L'origine de la saveur des quarks et des leptons reste l'un des grands problèmes ouverts de la physique théorique. Alors que le secteur de jauge du modèle standard (MS) est entièrement fixé par la symétrie de jauge et a été testé au niveau des boucles avec grande précision, notre compréhension de la saveur reste insatisfaisante. La structure hiérarchique observée pour les masses des fermions et la structure presque diagonale de la matrice de mélange des quarks ne semblent pas accidentelles, ce qui suggère l'existence de symétries brisées sous-jacentes qui n'ont pas encore été identifiées. Ce projet vise à exploiter les données expérimentales à basse et haute énergie pour formuler une théorie de la saveur au-delà du MS, qui pourrait expliquer la structure observée des couplages de Yukawa par des paramètres moins nombreux et plus fondamentaux. Dans un premier temps, nous apporterons un soutien théorique aux expériences à basse énergie en proposant de nouvelles observables accessibles expérimentalement et très sensibles aux effets de la physique au-delà du MS, tout en n'étant que peu sensibles aux incertitudes théoriques qui sont difficiles à contrôler (notamment, celles induites par la QCD nonperturbative). Nous explorerons ensuite les sondes potentielles de transitions de changement de saveur au LHC, en combinant ces contraintes avec les limites à basse énergie dans un outil qui sera public. Ces informations serviront ensuite de guide pour formuler de nouveaux modèles dynamiques de la saveur, notamment en étendant le secteur de Higgs. Enfin, nous étudierons les conséquences des nouveaux bosons qui apparaîtront dans ces scénarios pour les expériences à hautes énergies, et nous étudierons la sensibilité potentielle des mesures de la physique de la saveur dans les expériences proposées à haute énergie telles que FCC-ee. Pour atteindre ces objectifs ambitieux, un postdoctorant et un doctorant seront embauchés par cet ANR.

Le projet HINA a pour ambition d'ouvrir un nouvel axe de recherche en France dans le domaine de physique nucléaire à basse énergie. L'objectif principal est de créer une installation capable de produire et d'étudier des ions hautement chargés, à la fois des éléments stables et instables. Ceci ouvrira des capacités uniques à l'échelle mondiale pour accéder aux propriétés nucléaires des noyaux, notamment avec des répercussions dans d'autres domaines tels que l'astrophysique, la physique atomique et l'étude des symétries fondamentales. Le projet introduit une nouvelle technologie au sein de la communauté de la physique nucléaire en France, celle de l'EBIT (Electron Beam Ion Trap), qui pourrait dynamiser le programme scientifique de l'installation DESIR au GANIL.

Le projet FBCUBES vise à améliorer notre compréhension des systèmes riches en neutrons, cruciaux pour la physique nucléaire contemporaine. En utilisant des techniques de systèmes à petit nombre de corps associées à des méthodes ab initio, nous cherchons à relever les défis de la modélisation des systèmes faiblement liés riches en neutrons. Ce projet est motivé par le besoin de raffiner les méthodes théoriques pour les noyaux situés à la frontière de la physique dite d'Efimov qui offre une perspective intéressante sur la nature des forces nucléaires. Pour atteindre cet objectif, une équipe d'experts franco-brésilienne s'est réunie. Notre projet est structuré autour de deux objectifs principaux : d'abord, développer une méthodologie robuste pour interpréter les caractéristiques de diffusion observées dans des expériences, telles que celles qui étudient le signal du tétra-neutron ; et ensuite, construire un carte des noyaux des propriétés universelles en physique nucléaire et des systèmes de nombreux neutrons orbitant autour d’un cœur, permettant ainsi de fournir une référence pour les recherches expérimentales. L'urgence de cette recherche est amplifiée par les récentes avancées des systèmes de détection de neutrons, qui fourniront des informations sans précédent en permettant l'observation de plusieurs neutrons en coïncidence. Pour cartographier les multi-neutrons plus cœur, nous tirerons parti des techniques d'intelligence artificielle pour créer des méta-modèles des solveurs exactes, top coûteux en calcul. Cette approche innovante facilitera l'identification de tendances universelles. Le projet FBCUBES améliorera non seulement la fiabilité des calculs, mais favorisera également la collaboration à long terme, soutenant finalement l'interprétation des données obtenues dans les installations nationales et européennes de physique nucléaire.

L'amélioration de SuperKEKB avec la possibilité de réaliser des collisions de d'électrons polarisés et de positrons ouvrira un nouveau programme de physique de précision pour Belle II, qui permettra des mesures précises de l'angle de mélange faible à partir des asymétries gauche-droite des paires d'électrons, de muons, de taus, de quarks c et b. Elle offrira la mesure la plus précise par une expérience unique, avec une incertitude sur sin(?_W)^2 de 0,00018. Comparer cela aux mesures précédentes à des énergies plus élevées permettra d'explorer la variation de l'angle de mélange faible avec l'énergie, ce qui est sensible à la nouvelle physique, telle que la matière noire. Les mesures de « l'universalité des saveurs » bénéficieront de l'annulation d'incertitudes grâce à la polarisation et offriront des précisions sans précédent ; par exemple, l'universalité du quark b au quark c sera mesurée avec au moins 14 fois plus de précision que les mesures moyennes mondiales actuelles combinées. Cela permettra également de mesurer le g-2 du tau avec une précision de 10^-5 avec 40/ab (une précision 100 fois plus grande que ce qui peut être atteint ailleurs). Avec plus de données il sera possible d'approcher le niveau de la partie par million, ce qui contribuera à résoudre l'énigme du g-2 du muon qui dure depuis longtemps. La polarisation ouvrira également un programme plus large et unique de mesures de précision impliquant le lepton tau. Ce programme inclut la mise en œuvre d'une polarimétrie Compton en temps réel et précise du faisceau d'électrons. Elle est également cruciale pour atteindre les objectifs de physique de nombreux collisionneurs prévus, y compris l'EIC et le FCCee [1]. Dans le cadre de COMPO, nous avons l'intention de relever les défis requis pour SuperKEKB et, en tant que sous-produit, la plupart de ceux nécessaires pour les futurs collisionneurs. Dans ce projet, IJClab s'associe à des partenaires internationaux au Canada et au Japon.

Particle accelerators have become essential instruments to improve our health, the environment, our safety, and our high-tech abilities, as well as to unlock new fundamental insights in physics, chemistry, biology, and generally enable scientific breakthroughs that improve our lives. Accelerating particles to higher energies will always require a large amount of energy. In a society where energy sustainability is critical, keeping energy consumption as low as reasonable possible is an unavoidable challenge for both research infrastructures (RIs) and industry, which collectively operate over 40,000 accelerators. Based on state-of-the-art technology, the portfolio of current and future accelerator-driven RIs in Europe could develop to consume up to 1% of Germany's annual electricity demand. With the ambition to maintain the attractiveness and competitiveness of European RIs and to enable Europe’s Green Deal, we propose to Innovate for Sustainable Accelerating Systems (iSAS) by establishing enhanced collaboration in the field to broaden, expedite and amplify the development and impact of novel energy-saving technologies to accelerate particles. For many frontier accelerators superconducting RF (SRF) systems are the enabling technology. iSAS will innovate those technologies that have been identified as being a common core of SRF accelerating systems and that have the largest leverage for energy savings to minimize the intrinsic energy consumption in all phases of operation. In the landscape of accelerator-driven RIs, solutions are being developed to reuse the waste heat produced, to develop energy-efficient magnets and to operate facilities on opportunistic schedules when energy is available. The iSAS project has a complementary focus on the energy efficiency of the SRF accelerating technologies. This will contribute to the vital transition to sustain the tremendous 20th century applications of the accelerator technology in a green and energy conscious 21st century.

A century after its discovery, the atomic nucleus remains a subtle organization of protons and neutrons interacting through QCD. Its properties are the driving mechanism of cataclysmic events in the cosmos like those leading to the synthesis of medium-to-heavy elements. Unfortunately, precise, fundamental nuclear data, which are essential both to the sustainability of our civilization through technological applications, and to our understanding of the universe, are still a considerable undertaking to measure or to compute. Our objective is to unlock the applicability of ab initio predictions of nuclear collisions, which have been, so far, lagging behind that of static properties of nuclei. To reach this goal we aim: 1) To develop perturbation theory to ab initio reaction modeling, and by this means to open up to reacting systems above the p-shell; 2) To exploit the aforementioned development in the context of strict effective field theory for nucleons. We expect these achievements to allow us to contribute to the understanding of the detailed balance between nucleons that will be uncovered at the edges of nuclear stability at facilities like Spiral2 in France and FAIR in Germany. The experience researcher (ER) will bring to the host group its know-how in perturbative methods, of which he has been a practitioner in nuclear structure, and, in doing so, he will boost the applicability of the host ab initio reaction tools. In turn, he will benefit from the supervisor’s expertise in reaction theory and effective field theoretical tools thereby acquiring a strong and valuable portfolio aiming to perform nuclear evaluation of data and predictions for supporting both theoretical and experimental nuclear astrophysics needs. In conclusion, this project is mutually beneficial to the host group and the ER. It will increase the ER visibility both at the EU and international levels, ready his managerial and mentoring skills for future career opportunities in academia or industry.