Au Japon, un nouveau laboratoire pour étudier les deux infinis

Recherche

Créé le 1er avril 2021 entre le CNRS et l'université de Tokyo sur le campus de Kashiwa, l’International Research Laboratory ILANCE renforce les collaborations en physique de l’infiniment grand et de l’infiniment petit.

« ILANCE est né de la volonté du CNRS et de l’Université de Tokyo de renforcer leurs collaborations en physique des deux infinis et de développer de nouveaux domaines de recherche communs. », indique Michel Gonin, directeur de recherche CNRS au Laboratoire Leprince Ringuet1 et professeur de physique à l’École polytechnique. Jusque-là responsable des expériences neutrinos au Japon pour l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) du CNRS, il dirigera cet International Laboratory for Astrophysics, Neutrino and Cosmology Experiments (ILANCE), créé au 1er avril 2021, le septième International Research Laboratory2 du CNRS au Japon et le premier dans le domaine.

Campus de Kashiwa
ILANCE s'installe sur le campus de Kashiwa au Japon. © Université de Tokyo

« L’IN2P3 collabore avec le Japon au moins depuis la fin des années 80 sur des thématiques de recherche sur accélérateurs de particules. Il a aussi rejoint les programmes japonais de recherche en astroparticules, discipline récente, dès le milieu des années 2000. », raconte Patrice Verdier3, directeur de recherche CNRS à l’Institut de physique des 2 infinisip2i, qui a monté le projet de l’IRL quand il était directeur adjoint de l’IN2P3. L’Université de Tokyo est donc un partenaire privilégié du CNRS depuis de nombreuses années, en particulier dans les cinq disciplines principales du nouveau laboratoire, chacune s’illustrant dans de grandes expériences internationales (voir encadré). Par exemple, Super-Kamiokande est un détecteur de neutrinos, le plus grand de sa catégorie au monde, construit à 1000 m de profondeur près du village de Kamioka au Japon. C’est grâce à des observations sur ce détecteur que le physicien Takaaki Kajita a reçu en 2015 le Prix Nobel de physique4 pour la découverte de la masse très faible, mais non nulle, des neutrinos. Takaaki Kajita sera le directeur adjoint d’ILANCE : « Nous pensons qu’il est très important de collaborer avec les scientifiques de premier plan au niveau mondial du CNRS pour mener à bien des recherches de pointe. », affirme-t-il.

Signé pour cinq ans renouvelables, ce projet suscite « un grand enthousiasme » des collègues français et japonais, précise Patrice Verdier : « avec nos scientifiques et ingénieurs de très haut niveau international et notre participation au CERN, le CNRS est attractif et il est également très prestigieux pour nous de travailler main dans la main avec l’Université de Tokyo qui est réputée et opère de très grandes expériences pour la science de demain. », comme les projets Hyper-Kamiokande ou Kagra. « Il y a un vrai besoin des Français d’être présents au Japon », confirme Michel Gonin. Plus que des collaborations à distance ou des visites de courtes durées, ILANCE représente donc la création de « véritables équipes franco-japonaises ».  Ce laboratoire implanté sur le campus de Kashiwa au Japon accueillera des physiciens et ingénieurs de l’IN2P3 et de l’Université de Tokyo de manière pérenne. Un « avantage incontestable », en particulier « dans des périodes comme la crise actuelle qui empêchent les missions », explique le directeur. ILANCE accueillera aussi des scientifiques pour des séjours plus courts, ainsi que des étudiants de tout niveau et des post-doctorants, et permettra d’organiser des séjours de scientifiques japonais dans les laboratoires de l’IN2P3.

La visibilité offerte par l’IRL devrait aussi permettre un effet levier important pour obtenir des budgets auprès des agences nationales et internationales de financement, afin d’aider à l’émergence de nouveaux projets communs, nés de synergies entre les domaines de la physique des deux infinis représentés au sein du laboratoire. « Nous sommes à l'aube de très grands projets qui devraient répondre à des questions cruciales sur l’Univers et la physique des particules. ILANCE aura un impact capital sur notre implication dans ces projets : nous avons d’importantes ambitions scientifiques. », assurent les trois chercheurs d’une même voix.

  • 1. CNRS/École polytechnique.
  • 2. Ces outils structurent en un lieu identifié la présence significative et durable de scientifiques d’un nombre limité d’institutions de recherche françaises et étrangères (un seul pays étranger partenaire).
  • 3. Aujourd’hui chargé de mission « Prospectives nationales et mise à jour de la feuille de route des infrastructures de recherche » à l’IN2P3.
  • ip2i. CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1.
  • 4. Takaaki Kajita partage son prix Nobel avec le canadien Arthur McDonald qui a fait ses observations à l’Observatoire de neutrinos de Sudbury (Canada).

De l’infiniment grand à l’infiniment petit

« À la pointe de la recherche fondamentale, les projets menés par l’Université de Tokyo ont un potentiel de découvertes très prometteur et il est important que la France y contribue avec ILANCE », assure Michel Gonin. Ces projets portent sur cinq disciplines représentées au sein du nouvel IRL :

  • Les neutrinos
    Hyper-Kamiokande prend la suite de Super-Kamiokande pour étudier les neutrinos. Classé parmi les 28 grands projets prioritaires de l'État japonais, il comprend une cuve de 500 000 tonnes d'eau, soit un facteur 10 par rapport à son prédécesseur.
  • L’Univers primordial
    Le projet LiteBIRD est une mission satellite nouvelle génération pour étudier le fond diffus cosmologique, sélectionné par la JAXA (agence spatiale japonaise) comme mission stratégique d'envergure et dont le lancement est prévu pour 2027.
  • Matière et énergie noires
    Installé à Hawaï, le télescope Subaru est un observatoire de premier plan dans le domaine visible, déjà à l’origine de nombreuses découvertes à l’aide de la caméra Hyper Suprime-Cam.
  • Ondes gravitationnelles
    À l'image de Virgo et LIGO, Kagra est un observatoire d'ondes gravitationnelles. Développé par l’Université de Tokyo, il comprend deux bras de 3 kilomètres de long et, comme pour ses prédécesseurs, le traitement de surface exceptionnel des miroirs a été réalisé au Laboratoire des matériaux avancés5.
  • Physique des particules et détecteurs
    L’expérience ATLAS au CERN et l’International Linear Collider (ILC), accélérateur linéaire électrons-positrons pour étudier finement les propriétés du boson de Higgs qui pourrait être installé au Japon, sont les deux outils principaux de cette thématique.
Exemple d'instruments
© Université de Tokyo

 

  • 5. Institut de Physique des deux Infinis (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1).