L’Europe lance HADRON-2030 pour explorer l’interaction forte qui façonne la matière visible
HADRON-2030 est une nouvelle initiative de recherche européenne destinée à renforcer la communauté internationale de physique hadronique, qui étudie les effets de l’interaction forte. Elle permettra aux physiciennes et physiciens du domaine d’accéder à des accélérateurs de premier plan, des installations expérimentales, des ressources théoriques et des technologies de traitement quantique de l’information. Ce nouveau projet Horizon Europe, d’une durée de 4 ans, est coordonné par le CNRS. Il débute le 1er octobre.
Qu’est-ce qui maintient le noyau atomique cohérent ? Comment l’essentiel de la masse de la matière visible émerge-t-il des constituants élémentaires, les quarks et les gluons ? Comment la matière en interaction forte réagit-elle à des températures et des densités extrêmes, et avec quelle précision faut-il en comprendre les effets avant que les scientifiques puissent identifier des indices de nouvelle physique ?
Ce sont là quelques-unes des questions au cœur de HADRON-2030, un nouveau projet Horizon Europe de quatre ans qui débutera le 1er octobre 2026.
Coordonné par le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), HADRON-2030 réunit 49 organisations bénéficiaires issues de 15 pays, avec l’appui de 86 institutions supplémentaires. Son réseau relie des universités, des laboratoires nationaux, des centres d’accélérateurs et des organisations de recherche internationales à travers l’Europe et au-delà.
HADRON-2030 créera un environnement intégré dans lequel les chercheurs pourront évoluer entre des installations complémentaires, combiner des expertises expérimentales et théoriques, utiliser des ressources numériques partagées ainsi que développer les technologies nécessaires à la prochaine génération de physique hadronique et nucléaire.
Comprendre l’interaction forte
L’interaction forte lie les quarks et les gluons pour former des protons, des neutrons et d’autres hadrons. Elle fournit également la force qui lie les protons et les neutrons à l’intérieur des noyaux atomiques. Elle est donc responsable de la structure de presque toute la matière visible. Sa théorie sous-jacente, la chromodynamique quantique, est une partie fondamentale du Modèle standard de la physique des particules. À ce jour, le comportement de l’interaction forte reste extrêmement difficile à calculer et à étudier aux différents régimes privilégiés d’énergie et de densité.
La comprendre est essentiel pour expliquer la structure interne et la masse des hadrons, l’émergence de la matière nucléaire complexe et les propriétés des étoiles à neutrons. Une connaissance précise des effets hadroniques est également nécessaire pour interpréter les mesures des collisionneurs, les expériences sur les neutrinos, les tests des symétries fondamentales et les recherches de particules ou d’interactions au-delà du Modèle standard.
HADRON-2030 abordera ces questions interconnectées grâce à un programme couvrant la physique de précision, la spectroscopie hadronique, la structure nucléaire, la matière en interaction forte dans des conditions extrêmes, l’astrophysique nucléaire et des études tridimensionnelles de la structure interne des protons et d’autres hadrons.
Certaines des questions les plus profondes de la physique moderne se situent à la frontière entre ce que nous savons de l’interaction forte et ce que nous pouvons effectivement calculer ou mesurer avec une précision suffisante. HADRON-2030 réunira les installations, les technologies et les communautés scientifiques nécessaires pour repousser cette frontière.
Ouverture des infrastructures de recherche européennes
Une caractéristique majeure de HADRON-2030 est son programme d’accès transnational. Les chercheurs pourront postuler pour un accès et une prise en charge auprès de 15 installations expérimentales et théoriques, dont des infrastructures de faisceaux ESFRI au CERN, GSI/FAIR, GANIL–SPIRAL2, MAMI/MESA, ELSA, PSI, les laboratoires de l’INFN (LNF, LNS et LNL), ELI-NP, IJCLab–ALTO, JYFL-ACCLAB, IFJ, UNIWAW, ainsi que le Brookhaven National Laboratory (BNL) aux États-Unis (associé), et le Centre européen d’études théoriques en physique nucléaire et domaines connexes (ECT)*.
Le programme comprend des faisceaux d’ions radioactifs, des noyaux stables et exotiques, des faisceaux d’électrons et de photons, des mesures de temps de vol de neutrons, des installations pour tester des détecteurs, ainsi que des opportunités pour mener des collaborations théoriques étroites. En coordonnant l’accès au-delà des frontières, HADRON-2030 permettra aux chercheurs et chercheuses de choisir l’installation la mieux adaptée à une question scientifique particulière, plutôt que d’être limités par les infrastructures disponibles dans leur institution d’origine. Il bénéficiera particulièrement aux jeunes scientifiques, aux groupes de recherche émergents et aux équipes issues de pays ne disposant pas d’infrastructures comparables.
Une nouvelle génération de services de recherche virtuels
L’accès physique sera complété par 6 services d’accès virtuels. Ceux-ci fourniront des outils de calcul ouverts et des environnements en ligne pour des calculs de précision Monte Carlo, d’analyse en ondes partielles, de chromodynamique quantique sur réseau, ainsi que pour des calculs de QCD perturbative et l’étude de la structure tridimensionnelle des hadrons.
Le projet offrira également un accès à distance à des ressources de calcul quantique et de simulation analogique via l’infrastructure IGFAE–CESGA en Espagne. Les chercheurs pourront développer et tester des algorithmes quantiques pour des problèmes de physique hadronique, concernant notamment la dynamique en temps réel, les systèmes à densité finie et les phénomènes quantiques complexes à plusieurs corps.
L’intelligence artificielle et le « machine learning » seront appliqués tout au long de la chaîne scientifique, de l’amélioration du fonctionnement des accélérateurs et de la lecture des détecteurs à la reconstruction des événements expérimentaux, en passant par l’analyse de grands ensembles de données et la connexion des mesures avec les modèles théoriques. Les logiciels, les jeux de données, la documentation et le matériel de formation seront mis à disposition en libre accès dans la mesure du possible, conformément aux principes FAIR (Facile à trouver, accessible, interopérable et réutilisable).
Des instruments scientifiques aux applications sociétales
HADRON-2030 développera des détecteurs avancés, des systèmes électroniques, des systèmes d’acquisition de données, des cibles polarisées et des méthodes de calcul. Bien que conçus pour la recherche fondamentale, ces technologies trouvent souvent des applications dans d’autres domaines.
Les développements du projet contribueront à l’imagerie médicale, l’hadronthérapie et la radiothérapie, la surveillance des radiations, les technologies de sécurité, l’inspection industrielle et le calcul haute performance. HADRON-2030 encouragera les interactions avec l’industrie et soutiendra le transfert d’instrumentations et de logiciels prometteurs au-delà de leurs applications scientifiques initiales.
Former les scientifiques des années 2030
HADRON-2030 investira de manière significative dans la formation des personnes. Des écoles, ateliers, webinaires, stages, visites scientifiques et activités pratiques liées aux infrastructures de recherche offriront une formation aux doctorants, postdoctorants, ingénieurs et personnel technique.
Les participants pourront acquérir de l’expérience en physique expérimentale, en théorie, en développement de détecteurs, en science des données, en intelligence artificielle et en technologies quantiques. En connectant les jeunes chercheurs avec des institutions et des spécialistes de l’ensemble du consortium, HADRON-2030 vise à construire une communauté scientifique européenne plus intégrée et résiliente.
Le succès durable de HADRON-2030 ne se mesurera pas seulement aux découvertes qu’il permettra, mais aussi aux chercheurs qu’il préparera pour l’avenir. La prochaine génération devra travailler de manière fluide entre expériences, théorie, instrumentation avancée et calcul. Ce projet leur offrira l’opportunité de développer ces compétences au sein d’une communauté internationale.
Construire un avenir commun pour la physique hadronique européenne
HADRON-2030 s’appuie sur les réalisations de STRONG-2020, tout en élargissant substantiellement son programme scientifique, son portefeuille d’infrastructures et sa portée technologique. Ses objectifs répondent directement aux priorités identifiées dans le Plan à long terme 2024 du NuPECC pour la physique nucléaire européenne.
Sur sa durée de quatre ans, le projet coordonnera l’accès à la recherche, développera de nouveaux services, soutiendra les collaborations scientifiques et offrira une plateforme commune aux communautés qui ont souvent travaillé sur des installations ou dans des disciplines distinctes. En réunissant ces ressources, HADRON-2030 renforcera la position de l’Europe à l’avant-garde de la physique hadronique et nucléaire et rapprochera les scientifiques de la compréhension de la force fondamentale qui façonne l’Univers visible.