L’IN2P3 exerce les missions nationales d’animation et de coordination des recherches dans les domaines de la physique nucléaire, de la physique des particules et des astroparticules, des développements technologiques et des applications associées notamment dans le champ de la santé et de l’énergie. Ces recherches visent à explorer la physique des particules et des noyaux atomiques, les interactions fondamentales et les connexions entre l’infiniment petit et l’infiniment grand. Le Centre de Calcul de l’IN2P3 soutient les recherches dans toutes ces disciplines au travers de la fourniture de ressources et services informatiques. Dans cette rubrique, sont présentées quelques expériences internationales emblématiques auxquelles participe le CC-IN2P3.

Physique des particules

La physique des particules a pour objet l’étude des constituants élémentaires de la matière et de leurs interactions. On l’appelle aussi parfois physique des hautes énergies car de nombreux constituants élémentaires, instables, n’existent pas à l’état naturel et peuvent seulement être produits et étudiés lors de collisions à hautes énergies entre particules stables dans les accélérateurs de particules. Les énergies mises en jeu permettent de recréer certaines caractéristiques proches de l’univers primordial, quelques fractions de secondes après le big-bang.

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LHC

Le LHC installé au CERN près de Genève, est le plus puissant accélérateur de particules au monde. Il permet d’étudier les constituants fondamentaux de la matière grâce à des collisions à très haute énergie. En 2012, les expériences ATLAS et CMS ont notamment permis de confirmer l’existence du boson de Higgs. Après trois périodes de collecte de données, le LHC prépare une nouvelle étape avec le HL-LHC (High-Luminosity LHC), dont le démarrage est prévu en 2030. Cette évolution entraînera une augmentation importante des volumes de données à traiter et des besoins en calcul et en stockage.
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Physique nucléaire

La matière est constituée de molécules, elles-mêmes constituées d’atomes. Ceux-ci sont formés d’un noyau central entouré par un nuage électronique. La physique nucléaire est la science qui s’intéresse à la structure du noyau et à l’ensemble des phénomènes physiques le faisant intervenir (fission, fusion, diffusion, radioactivité…). Elle trouve de nombreux domaines d’applications : astrophysique, médecine (IRM, radiologie, radiothérapie…), production d’énergie.

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AGATA

Installé au GANIL, le projet AGATA a pour but de construire un spectromètre gamma à couverture angulaire complète d’une nouvelle génération constitué entièrement de détecteurs au germanium. Ces détecteurs multi-segmentés sont sensibles à la position de l’interaction des rayons gamma et permettent ainsi d’obtenir une reconstitution de traces, concept nouveau en spectroscopie. Ce spectromètre ultime, d’une efficacité et d’une sensitivité inégalées, est adapté aux conditions expérimentales extrêmes de la prochaine génération d’accélérateurs d’ions stables et radioactifs pour étudier la structure atomique des noyaux aux limites de leur stabilité.
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SPIRAL 2

SPIRAL 2 (Système de production d’Ions Radioactifs en Ligne de 2ème génération) est un projet d’accélérateur de particules linéaires pour des études de physique nucléaire fondamentale et de recherches interdisciplinaires. Cette installation, aussi grande que les installations d’origine du GANIL, produira des faisceaux uniques au monde.
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Physique des astroparticules

L’astroparticule, ou physique des astroparticules est un domaine, à l’intersection de la physique des particules, de l’astronomie et de la cosmologie. Son objectif est de comprendre l’Univers dans son ensemble : à toutes les échelles (des neutrinos aux galaxies), ses composants (étoiles, trous noirs, matière noire…), les interactions entre ceux-ci (mécanique céleste, ondes gravitationnelles…) et leur rôle dans l’évolution cosmique, et son histoire (Big Bang, expansion…).

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KM3NeT

Installé au fond de la mer Méditerranée, KM3NeT est un observatoire européen dédié à l’étude des neutrinos. Il comprend deux détecteurs complémentaires : ORCA, au large de Toulon, qui étudie les propriétés fondamentales des neutrinos, et ARCA, au large de la Sicile, qui recherche ceux de très haute énergie provenant de l’espace. Grâce à des milliers de capteurs optiques, KM3NeT détecte les faibles flashes de lumière bleue produits lorsque des particules issues d’interactions de neutrinos traversent l’eau. Ces observations permettent de mieux comprendre les propriétés des neutrinos et d’identifier les phénomènes cosmiques qui les ont produits, comme les régions entourant les trous noirs ou certains événements astrophysiques extrêmes.
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VIRGO

VIRGO est un interféromètre européen dédié à la détection des ondes gravitationnelles, situé près de Pise, en Italie. Il détecte les infimes variations de distance provoquées par le passage de ces ondes, émises notamment lors de la fusion de trous noirs ou d’étoiles à neutrons. VIRGO travaille en collaboration avec LIGO (États-Unis), le réseau américain de détecteurs d’ondes gravitationnelles, et KAGRA (Japon), un détecteur japonais souterrain utilisant des miroirs refroidis à très basse température. Cette collaboration internationale permet de mieux localiser les sources d’ondes gravitationnelles et d’améliorer les observations. Ces recherches contribuent à mieux comprendre les objets compacts, à tester la relativité générale et à explorer l’Univers grâce aux ondes gravitationnelles.
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Cosmologie

La cosmologie est la branche de l’astrophysique qui étudie l’origine, la nature, la structure et l’évolution de l’Univers. Elle ne s’intéresse pas aux objets cosmiques mais cherche à connaître lois auxquelles ils obéissent. La cosmologie tente de regrouper toutes les connaissances de l’Univers en un tout cohérent.

La cosmologie s’appuie sur trois observations : l’expansion de l’Univers, le fond du rayonnement cosmologique et la composition chimique de l’Univers. La cosmologie a recours à la théorie générale pour décrire l’Univers dans son ensemble.

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LSST France - Observatoire Vera C. Rubin

Installé au Chili, l’Observatoire Vera C. Rubin a révélé ses premières images en 2025, avant d’entamer en juin 2026 son vaste programme d’observation du ciel, prévu sur dix ans. Équipé d’un télescope de 8,4 mètres et d’une caméra numérique de 3,2 milliards de pixels, développée avec la contribution de l’IN2P3, il photographie le ciel austral tous les trois jours. Chaque nuit, près de 800 images sont capturées, générant environ 20 téraoctets de données et permettant de reconstituer, au fil du temps, un véritable film de l’Univers. L’exploitation de ces données vise notamment à établir un catalogue de 20 milliards de galaxies et de 17 milliards d’étoiles, à découvrir de nouveaux astéroïdes, à suivre des phénomènes transitoires tels que les supernovae et à approfondir l’étude de la matière noire et de l’énergie noire.
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EUCLID

En juillet 2023, le satellite européen Euclid a quitté la Terre pour une mission hors-norme : cartographier tout un pan de l’Univers, afin de comprendre pourquoi l’expansion de l’Univers s’accélère et la nature de l’énergie sombre responsable de cette inflation.
Euclid est un télescope spatial avec un instrument pour la lumière visible et un instrument pour le rayonnement infrarouge. Lors de sa mission, d’une durée de 6 ans minimum, il mesurera la déformation lenticulaire gravitationnelle de plus d’un milliard de galaxies et la façon dont celles-ci sont distribuées dans l’espace. Ces mesures devraient permettre de caractériser la nature de l’énergie sombre.
Pas moins de dix laboratoires français sont impliqués dans cette expérience.
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