[:fr]Jean-Christophe hamilton : jchamilton75@gmail.com
La technologie inédite de « l’interféromètre bolométrique » QUBIC, instrument d’observation qui sera installé en 2021 dans la cordillère des Andes en Argentine, pourrait permettre de détecter une preuve de « l’inflation », l’expansion fulgurante de l’Univers une fraction de seconde après sa création. Jean-Christophe Hamilton est directeur de recherche au CNRS. Il travaille au laboratoire AstroParticule et cosmologie-APC (UMR 7164).
Malgré les progrès réalisés dans la compréhension de l’Univers au cours des dernières décennies plusieurs questions fondamentales demeurent : qu’est-ce que la matière noire, qu’est-ce que l’énergie sombre, que s’est-il passé dans les tous premiers instants de l’Univers ? C’est cette dernière question qui est au cœur du projet QUBIC, créé en 2008. Il s’agit d’une collaboration internationale multilatérale impliquant plusieurs universités, laboratoires et chercheurs en France, en Italie, en Argentine, en Irlande, au Royaume-Uni et aux États-Unis. Les installations liées au projet QUBIC seront basées dans la province de Salta en Argentine, près de San Antonio de los Cobres, à 5 000 m d’altitude.
L’histoire
Découvert par hasard en 1964, le rayonnement de « fond diffus cosmologique » ou CMB (Cosmic microwave background) a donné la priorité aux modèles basés sur le Big Bang, qui prédisaient l’émission d’un tel rayonnement thermique à l’époque de l’Univers primordial. Depuis, l’observation du fond diffus cosmologique, en particulier de ses fluctuations, a donné lieu à de nombreuses avancées dans notre compréhension de la cosmologie, avec notamment le satellite euuropéen Planck. Le laboratoire Astroparticule et Cosmologie (CNRS/Université de Paris) est fortement impliqué dans ces études, tout comme dans l’étude de la polarisation du fond diffus cosmologique, une fenêtre d’observation unique pour la compréhension de l’Univers primordial.
Depuis quelques années, les développements techniques à l’APC, au CSNSM-IJCLab à Orsay et aux laboratoires des partenaires étrangers dont l’Institut Argentin de Radioastronomie (IAR), l’Université de la Plata et la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) entre autres, ont permis la réalisation de détecteurs de pointe, créant un pôle d’excellence avec une forte activité instrumentale dont a bénéficié un grand nombre d’ingénieurs, techniciens, chercheurs et doctorants, en particulier sur le site de l’APC-Université de Paris.
Imageur QUBIC 1
Le projet
QUBIC est un projet d’expérience de cosmologie destiné à l’étude de la période dite d’inflation, période pendant laquelle l’Univers s’est dilaté extrêmement rapidement immédiatement après le Big-Bang. C’est à la fin de cette période d’inflation que les premières fluctuations de matière dans l’Univers ont été créées, les graines pour la formation des futures grandes structures qui nous entourent (galaxies, amas de galaxies, etc.).
Outre la recherche scientifique, l’équipe développe également un programme important de diffusion scientifique dans la zone autour du site QUBIC, ciblant en particulier l’enseignement scientifique auprès des minorités isolées dans les Andes. Cette diffusion scientifique est menée en partenariat avec des chercheurs argentins, des éducateurs et l’administration locale, et notamment Beatriz Garcia, co-présidente de la Commission de l’éducation de l’école d’astronomie de l’Union Astronomique Internationale (UAI).
Méthodologie et matériel
QUBIC est un instrument basé sur un nouveau concept instrumental : l’interférométrie bolométrique. Son objectif est la recherche du mode B à partir des modes de polarisation Q et U (les deux paramètres de Stokes décrivant l’ellipse de polarisation du rayonnement micro-ondes). À ce titre, l’outil, mis en place par les chercheurs français, réunit les avantages des bolomètres refroidis à très basse température en termes de sensibilité et ceux des interféromètres en termes de contrôle des effets systématiques instrumentaux et de spectrométrie.
Conçu entre 2008 et 2016, puis construit entre 2016 et 2018 en collaboration avec des laboratoires italiens, argentins, irlandais et britanniques, le démonstrateur technologique a été intégré à l’APC à Paris en 2018. Identique à l’instrument nominal mais avec moins de détecteurs et de voies d’interférométrie, les objectifs affichés pour le démonstrateur ont été en grande partie validés par l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) du CNRS et par l’Institut National de Physique Nucléaire (INFN) italien.
Un démonstrateur comprenant le cryostat du premier module a été intégré et testé en 2018-2020. Le premier module sera installé à l’automne à l’Alto Chorillo (Argentine) à proximité du site du LLAMA (https://www.llamaobservatory.org/), qui est le résultat du projet collaboratif entre l’Argentine et le Brésil.
En effet, pour utiliser l’instrument QUBIC, il est nécessaire de se trouver dans un environnement très sec, qui permet une meilleure observation du ciel. L’ instrument, qui pèse près de 2 tonnes est composé d’éléments cryogéniques et électroniques, a été envoyé par Ulisse, l’unité logisitique internationale du CNRS. Il est arrivé à Salta le 19 juillet 2021, après un long trajet de plusieurs semaines et de plusieurs étapes : en camion jusqu’à Anvers d’abord, ensuite en cargo d’Anvers vers Buenos Aires, puis en camion vers Salta, grâce au service de transport Ulisse.
Le site de QUBIC à 5 000m d’altitude à Alto Chorillos dans la province de Salta en Argentine
Financements
La quête des modes B est l’un des défis de la cosmologie observationnelle moderne et plusieurs équipes, en particulier aux USA proposent des instrument (des imageurs). QUBIC est le seul projet européen de recherche de modes-B. Ce projet de grande ampleur exige de moyens en conséquence pour arriver à 2,5-3 millions d’euros. Aujourd’hui les trois financeurs principaux du projet sont la France, l’Argentine et l’Italie. Il a déjà pu bénéficier de différents financements qui ont permis la mise en place du QUBIC dont le financement de l’ANR de 640 000 € (2012-2015), un financement du CNRS de 100 000 € et le financement MINCyt argentin US$ 500 000 (2016-17). Le partenaire italien l’Institut National de Physique Nucléaire (INFN) soutient également le projet depuis ses débuts.
L’Argentine est très impliquée dans le projet. Afin d’assurer le réassemblage de l’instrument sur le site du CNEA Regional Noroeste à Salta dans un Hall d’Integration et de Tests spécialement construit à cet effet, la vérification (phase de tests jusqu’en novembre 2021) et son installation sur le site d’observation à 5 000 m d’altitude (Alto Chorillos), un accord quadripartite a été signé en décembre 2017 entre CNEA, CONICET, MINCYT et la province de Salta.
Conclusion
QUBIC sera installé à proximité de LLAMA, une plateforme argentino-brésilienne, en cours d’installation elle aussi, dont l’objectif est l’exploitation, dans les Andes argentines à 4 800 m d’altitude, d’un radio-observatoire capable d’obtenir des données astronomiques dans les longueurs d’onde millimétriques et submillimétriques. On pourrait donc espérer voir un jour se développer une collaboration régionale plus ample qui inclurait le Brésil et d’autres pays de la région.
https://www.qubic.org.ar
Responsable de projet global et responsable français :
Jean Christophe Hamilton (CNRS, Paris)
hamilton@apc.in2p3.fr
Responsable italien :
Silvia Masi (La Sapienza, Rome)
silvia.masi@roma1.infn.it
Responsable argentin :
Alberto Etchegoyen (ITEDA, CNEA, CONICET, Buenos Aires)
alberto.etchegoyen@iteda.cnea.gov.ar[:es]
Jean-Christophe hamilton : jchamilton75@gmail.com
La novedosa tecnología del “interferómetro bolométrico” QUBIC, un instrumento de observación que se instalará en 2021 en la cordillera de los Andes, en Argentina, podría detectar pruebas de la “inflación cósmica”, una fase de expansión extraordinariamente rápida cuando el universo tenía apenas unas pocas fracciones de segundo de antigüedad. Jean-Christophe Hamilton es director de investigación en el CNRS. Trabaja en el Laboratorio de Astropartículas y Cosmología (UMR 7164).
A pesar de los progresos realizados en la comprensión del Universo en las últimas décadas, aún quedan varias preguntas fundamentales por responder: ¿qué es la materia oscura?, ¿qué es la energía oscura?, ¿qué ocurrió en los primeros momentos del universo? Esta última cuestión es el núcleo del proyecto QUBIC, creado en 2008. Se trata de una colaboración internacional multilateral de la que participan varias universidades, laboratorios e investigadores de Francia, Italia, Argentina, Irlanda, el Reino Unido y Estados Unidos. Las instalaciones del proyecto QUBIC estarán situadas en la provincia de Salta (Argentina), cerca de San Antonio de los Cobres, a 5.000 metros de altitud.
La historia
Descubierta por casualidad en 1964, la radiación de fondo de microondas (CMB) o CMB (Fondo Cósmico de Microondas) puso en primer plano a los modelos basados en el Big Bang, que predecían la emisión de dicha radiación térmica en el universo primordial. Desde entonces, la observación del fondo cósmico de microondas, en particular de sus fluctuaciones, ha dado lugar a numerosos avances en el estudio de la cosmología, especialmente gracias al satélite europeo Planck. El laboratorio de Astropartículas y Cosmología (CNRS/Universidad de París) está muy involucrado en estos estudios, así como en el estudio de la polarización del fondo cosmológico, una ventana de observación única para el estudio del Universo primordial.
En los últimos años, los desarrollos técnicos en el APC, en el CSNSM-IJCLab de Orsay y en los laboratorios de socios extranjeros, como el Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR), la Universidad de La Plata y la Cooperativa Nacional de Energía Atmosférica (CNEA), entre otros, han permitido crear detectores de última generación, creando un centro de excelencia con un alto nivel de actividad instrumental que ha beneficiado a un gran número de ingenieros, técnicos, investigadores y estudiantes de doctorado, en particular en el centro APC-Universidad de París.
El telescopio QUBIC 1
El proyecto
QUBIC es un proyecto de colaboración de cosmología experimental diseñado para estudiar el llamado período inflacionario, durante el cual el Universo se expandió con extrema rapidez inmediatamente después del Big Bang. Fue al final de este período inflacionario cuando se crearon las primeras fluctuaciones de materia en el Universo, las semillas para la formación de las futuras grandes estructuras que nos rodean (galaxias, cúmulos de galaxias, etc.).
Además de la investigación científica, el equipo también está desarrollando un importante programa de difusión de la ciencia en la zona que rodea el emplazamiento de QUBIC, dirigido en particular a las comunidades aisladas de los Andes. Esta divulgación científica se lleva a cabo en colaboración con investigadores argentinos, educadores y la gestión local, sobre todo, con Beatriz García, copresidenta del Comité de Educación de la Escuela de Astronomía de la Unión Astronómica Internacional (UAI).
Metodología y materiales
QUBIC es un instrumento basado en un nuevo concepto instrumental: la interferometría bolométrica. Su objetivo es medir el modo B a partir de los modos de polarización Q y U (los dos parámetros de Stokes que describen la elipticidad de la polarización de la radiación de microondas). En este sentido, la herramienta, desarrollada por investigadores franceses, combina las ventajas de los bolómetros refractarios de muy baja temperatura en cuanto a la sensibilidad y las de los interferómetros en cuanto al control de los efectos sistemáticos instrumentales y la espectrometría.
Diseñado entre 2008 y 2016, y luego construido entre 2016 y 2018 en colaboración con laboratorios italianos, argentinos, irlandeses y británicos, el demostrador tecnológico se integró en el APC de París en 2018. Idéntico al instrumento nominal pero con menos detectores y canales interferométricos, los objetivos fijados para el demostrador fueron ampliamente validados por el Instituto Nacional de Física Nuclear y de Partículas (IN2P3) del CNRS y el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) de Italia.
Un demostrador que incluye el criostato del primer módulo fue integrado y probado en 2018-2020. El primer módulo se instalará en otoño en el Alto Chorillo (Argentina), cerca del emplazamiento del LLAMA (https://www.llamaobser-vatory.org/), fruto del proyecto de colaboración entre Argentina y Brasil.
En efecto, para utilizar el instrumento QUBIC es necesario un entorno muy seco, pues permite una mejor observación del cielo. El instrumento, que pesa casi 2 toneladas y está formado por componentes criogénicos y electrónicos, fue transportado por Ulisse, la unidad de logística internacional del CNRS. Llegó a Salta el 19 de julio de 2021, tras un largo viaje de varias semanas y varias etapas: primero en camión hasta Amberes, luego en barco de carga desde Amberes hasta Buenos Aires, y después en camión hasta Salta, gracias al servicio de transporte Ulisse.
El sitio QUBIC a 5.000 m de altitud en el Alto Chorillos en la provincia de Salta, Argentina
Financiación
La búsqueda de los modos B es uno de los retos de la cosmología observacional moderna y varios equipos, especialmente en Estados Unidos, están desarrollando instrumentos (captadores de imágenes). QUBIC es el único proyecto europeo de búsqueda de modos B. Este proyecto de gran envergadura requiere fondos de 2,5-3 millones de euros. Actualmente, los tres principales financiadores del proyecto son Francia, Argentina e Italia, y ya ha podido beneficiarse de varias fuentes de financiación que han permitido la creación de QUBIC, entre ellas una financiación de la ANR de 640.000 euros (2012-2015), una financiación del CNRS de 100.000 euros y una financiación del MINCyt argentino de 500.000 dólares (2016-17). El Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN), socio italiano, también ha apoyado el proyecto desde su inicio.
Argentina está muy involucrada en el proyecto. Para asegurar el rearmado del instrumento en el predio de la CNEA Regional Noroeste de Salta en una Sala de Integración y Pruebas construida a tal efecto, la verificación (fase de pruebas hasta noviembre de 2021) y su instalación en el sitio de observación a 5000 m de altura (Alto Chorillos), se firmó en diciembre de 2017 un convenio entre la CNEA, el CONICET, el MINCYT y la provincia de Salta.
Conclusión
QUBIC se instalará en las inmediaciones del LLAMA, una plataforma argentino-brasileña que también está siendo instalada, con el fin de operar un radio-observatorio en los Andes argentinos a 4.800 m de altura, capaz de obtener datos astronómicos en las longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. Por ello, se espera que algún día se desarrolle una colaboración regional más amplia que incluya a Brasil y otros países de la región.
https://www.qubic.org.ar
Director general del proyecto y responsable francés: Jean Christophe Hamilton (CNRS, París) hamilton@apc.in2p3.fr
Responsable italiano:
Silvia Masi (La Sapienza, Roma) silvia.masi@roma1.infn.it
Responsable argentino:
Alberto Etchegoyen (ITEDA, CNEA, CONICET, Buenos Aires) alberto.etchegoyen@iteda.cnea.gov.ar
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