Curriculum Vitae

Campagne Jean-Eric
LAL - UMR 8607
Né le 4 Décembre 1964 (36 ans)
Nationalité française
Marié, 2 enfants

Etudes Universitaires

1982 : Baccalauréat C
1982-85 : Lycée Sainte Geneviève de Versailles
1985 : Entrée E.N.S Saint Cloud
1985-86 : Première année du Magistère Inter universitaire de Physique (MIP à Ulm),
comprenant Licence et Maîtrise de Physique de Paris 6
1986-87 : Deuxième année du MIP comprenant le DEA de Physique Théorique d’Ulm.
1987-88 : Fin du MIP comprenant la première année de thèse de doctorat de l’Université de Paris 6, au LPNHE sous la direction de M. R. Zitoun 
1988-89 : Deuxième et dernière année de thèse ainsi que  dernière année d’ENS. Soutenance en mai 1989.

Diplômes Universitaires

Thèse de Doctorat de l’Université de Paris 6 en  mai 1989 : : « Etude du canal e+e- -> m+ m- (g) dans le cadre de l’expérience DELPHI : corrections radiatives et performances du système de déclenchement et de reconstruction ».

Habilitation de l’Université Paris 11 en avril 1995 : « Effets de la nature de Dirac ou de Majorana, ainsi que de la masse, sur le comportement du neutrino. »

Carrière CNRS

01.09.1989 : CR2 02 affecté au LAL
01.10.1993 : CR1 03 
01.04.1996 : CR1 04
01.10.1998 : CR1 05
01.04.2001 : CR1 06

Prix et Distinctions

Médaille de Bronze du CNRS en 1996

Rapport d’activité
Années 1997-2000

Mes activités de recherches durant la période 1997-2000 se sont concentrées autour de deux thèmes principalement : la mise en place du système de gaz du détecteur NEMO3 d’une part, et d’autre part les études sur le futur de la physique des neutrinos post-Super Kamiokande dont l’aboutissement est l’engagement du LAL  (et de l’IPNL, l’IReS et le LAPP) dans l’expérience OPERA.

Système de gaz  de NEMO3 (97-99)

Le LAL est maître d’œuvre entre autre de la chambre à fils du détecteur NEMO3 comportant environ 6000 cellules fonctionnant en régime Geiger et permettant une reconstruction tridimensionnelle de traces d’électrons de très basse énergie (seuil ~100keV). Le mélange gazeux de la chambre d’un volume de  36m3 est constitué d’environ 96% d’hélium à pression atmosphérique afin de garantir la transparence du milieu et de 4% d’éthanol pur en guise de « quencher ». La teneur en alcool détermine directement la vitesse de propagation du plasma le long du fil central de la cellule, donc conditionne la reconstruction de la coordonnée longitudinale. Cette coordonnée est cruciale dans la géométrie de NEMO3 où tous les fils étant parallèles l’on veut pouvoir localiser des points chauds dans les sources de matériaux candidats à la double désintégration bêta.
	Lors de la phase de tests des vingt secteurs du détecteur, j’ai pu valider un protocole de mise en gaz avec l’aide éclairée de G. Szklarz. Le protocole adopté se déroule en trois temps : une phase de purge «rapide» (~10 m3/h) en hélium pur correspondant à une dizaine de volumes afin de chasser l’air de la chambre ; une phase de remplissage également «rapide» avec un mélange hélium/éthanol proche de la valeur de fonctionnement (~ 1m3/h); une phase d’affinage et de remplissage à vitesse lente (~100 l/h) avec le mélange final. La mise au point de ce protocole a permis en autre d’écarter une solution envisagée auparavant qui aurait consisté à remplacer les deux premières phases par un pompage grossier suivi d’un remplissage hélium/éthanol directement avec le bon pourcentage. Un test réel à montrer que ce pompage non seulement ne raccourcit pas d’une manière significative le temps de mise en gaz mais également que la qualité du gaz final est sujette à caution. On peut de plus supposer qu’elle aurait présenté des problèmes de longévité du détecteur à cause des contraintes mises en jeu (rappel : les blocs de scintillateurs collés au guide de lumière sont à l’intérieur de l’enceinte gazeuse).
	Le mélange hélium/éthanol est effectué par barbotage d’hélium dans un bain d’alcool à température contrôlée. La température fixant la pression de vapeur saturante de l’alcool, dont le rapport à la pression ambiante détermine la teneur en alcool du mélange. Il faut donc thermostater au dixième de degré près le bain d’alcool et disposer de capteurs de température, de pression et de débitmètres afin de surveiller le bon déroulement de la mise en gaz à la fois en local et à distance. 
Ainsi, j’ai dirigé la réalisation mécanique des divers éléments constituant «l’usine à gaz» effectuée dans les ateliers du LAL (spécification et réalisation des « gamelles » permettant le barbotage de l’hélium dans l’alcool, de la tuyauterie afin de réaliser les différentes phases de la mise en gaz, etc.), et également je me suis chargé de la définition des spécification et de l’achat à moindre coût des capteurs et autres matériels auprès des sociétés Roucaire et Serv’Instrumentation. J’ai de plus supervisé la réalisation du programme « LabView » de suivi des paramètres température/pression/débit en temps réel, il est intégré au Slow Control général de l‘expérience mis en œuvre au LAL. Cette installation est maintenant pleinement opérationnelle au LSM de Modane depuis fin 1999.
	
Participation à l’expérience OPERA : une expérience au Gran Sasso de mise en évidence des oscillations nm->nt avec le faisceau CNGS du CERN
	
Acte I : une année charnière 1998 
Après mon habilitation en 1995, je m’intéressais aux expériences d’oscillations de neutrinos. Et de manière plus concrète, dés le début de l’année 1997, je participais au CERN à des réunions regroupant la communauté des neutrinos qui envisageait une suite aux expériences CHORUS et NOMAD.  

Les 22-23 avril 98, j’ai organisé avec A. de Bellefon du LPC Collège de France, J. Bouchez du DAPNIA-CEA, J. Dumarchez du LPNHE Paris 6&7, au LPNHE de Jussieu, les «Journées Neutrinos » regroupant environ 50 physiciens français travaillant dans le domaine. Elles marquèrent le début de deux groupes de travail français : l’un sur les neutrinos solaires animé par D. Vignaud, l’autre sur les «neutrinos atmosphériques et oscillations à grande distance» animé par Y. Declais. Je me suis investi dans ce deuxième atelier, et j’ai fait la promotion des résultats de la collaboration Super-Kamiokande (SK) à la biennale du laboratoire en juin 98. 

Acte II: 98-99, l’étape MONOLITH, une expérience de neutrinos atmosphériques de nouvelle génération
Suite à la biennale du laboratoire, J.-P. Repellin et moi-même avons pris part à la collaboration nationale constituée de collègues du LAPP et de l’IPNL.  A cette époque la moitié grosso-modo des valeurs de Dm2 admises par SK étaient hors d’atteinte des expériences sur faisceau, et nous nous sommes focalisés sur le projet d’une expérience de nouvelle génération de neutrinos atmosphériques basé sur un calorimètre massif. Le projet, (baptisé par la suite MONOLITH),  s’inscrivait dans le dessein de participer au programme «Neutrino Gran Sasso» d’étude de la matrice de mélange des neutrinos, à l’aide de neutrinos d’origine naturelle ou produits à partir d’accélérateurs du CERN interagissant avec un (ou des) détecteur(s) placé(s) au laboratoire souterrain du Gran Sasso situé à 730km en Italie. Le Conseil Scientifique du LAL en décembre 98, auquel j’ai présenté le panorama des programmes d’oscillations neutrinos dans le monde, nous a encouragé à poursuivre dans ce sens. A cette date le groupe du LAL s’est enrichi de B. Merkel,  de J.J Veillet. 

	Très rapidement, je me suis intégré au groupe de travail français puis européen constitué de collègues italiens et allemands. Les Italiens ayant fait deux propositions d’expériences (NICE et HDD) au comité commun CERN-Gran Sasso de 98. Une fusion s’est formée lors de nos réunions afin de dégager les points essentiels en vue de  l’écriture d’une proposition d’expérience commune, sous le label MONOLITH en 1999. Pour ce faire, une contribution décisive de simulation a été effectuée par le groupe français autour d’un détecteur type de 10kT de fer instrumenté de barreaux de scintillateurs. Ce détecteur permet d’accumuler une statistique de 740 événements courants chargés par an, avec une énergie supérieure au GeV pour lesquels non seulement le phénomène d’oscillation semblait être prépondérant mais aussi la corrélation entre la direction du muon et celle du neutrino est la meilleurs. 

J’ai contribué à ce travail en mettant en œuvre la reconstruction des trajectoires de muons en profitant de mon expérience passée dans DELPHI et NEMO sur l’élaboration d’algorithmes de Kalman que j’ai étendu au cas où la détermination de l’énergie du muon se fait non seulement par la courbure de la trajectoire mais aussi par son parcours dans la matière. Lors d’interaction à courant chargés nm, les paramètres estimés du muon associés à ceux de la partie hadronique permettent d’obtenir la direction et l’énergie du neutrino primaire. L’apport de l’information hadronique permet d’obtenir une résolution sur le rapport L/E (L : longueur d’oscillation, E : énergie du neutrino) inférieure à 50% bien meilleur que celle accessible par le détecteur SK utilisant seulement la partie leptonique. Les études ont permis de déterminer la précision avec laquelle le paramètre Dm2 de l’oscillation des nm  est mesurée dans la zone 0.2-5 10-3 eV2. Pour 140kT.a,  on peut atteindre une précision de 20%, ce qui est comparable à ce qu’annonce l’expérience américaine d’oscillations à grande distance (MINOS) pour des  Dm2 > 10-3 eV2. L’autre atout de MONOLITH, est de pouvoir accéder à la charge du muon : c’est une donnée nouvelle dans le domaine des neutrinos atmosphériques, elle peut permettre de normaliser les flux théoriques séparément pour la contribution nm  et anti-nm , de réduire les systématiques, et d’avoir un potentiel de découverte de phénomènes inattendus. Par contre, étant donnée la géométrie du détecteur favorisant les événements haut-bas, la sensibilité à des événements provenant d’un faisceau venant du CERN n’était  pas jugée optimale.  

	A coté de cet effort de simulation, la collaboration française a débuté dans le cadre de MONOLITH un travail de R&D de l’optoélectronique de lecture du signal venant des barreaux de scintillateurs de ~8m de long et de 2cm x 2cm de section. Cette électronique basée sur l’utilisation de photodiodes hybrides ~60voies (HPD) dont la mise sur le marcher était relativement récente par la société DEP, devait répondre à des impératifs de faible bruit étant donné les gains limités de ces détecteurs (environ 3000 à 10kV) et le peu de photoélectrons disponibles (de l’ordre de quelques unités).  Cette option HPD était privilégiée par rapport à l'option « PM Multicanaux » mal grés le surcoût de l'étage d'amplification, grâce  à une plus grande intégration car à l’époque les PMT d’Hamamastu de 64voies n’étaient pas au point (forte variation de gain, canaux ne fonctionnant pas…). Pour pouvoir disposer de grandes longueurs d'atténuation (8m et plus), les fibres WLS sont à décalage dans le vert et la sensibilité des photocathodes « green extended » y est bien adaptée. Les HPD permettent de lire autant de fibres WLS qu'elles ont de pads silicium, et l’excellente uniformité de gain lié au processus physique d’amplification permet de compter le nombre de photoélectrons et d’accéder à l’information de l’énergie déposée dans le barreau de scintillateur.

Dans un premier temps, j’ai assuré la liaison avec DEP pour faire une prospective sur  les prix. Par la suite, c’est l’équipe de Lyon qui s’en est chargé. Un des HPD reçus début juillet 99, a été utilisé au LAL en vue du développement de l'électronique analogique front end, l'IPNL se chargeant de la partie « digitale » ainsi que de l'évaluation d'un système clef en main de la firme IDEAS (VA-TA). Le but des tests au LAL était de montrer la faisabilité d'un préamplificateur de charge sensible à 1 photoélectron (p.e). Alors que le gain typique du HPD est de l'ordre de 3000, il fallait viser un bruit de l'ordre de 500 électrons équivalent pour un shaping time dans la gamme des 20ns, le tout pour une faible consommation. Ce shaping rapide était nécessaire pour permettre d’obtenir une information temporelle capable d’établir le sens de parcours des muons (haut en bas ou vice-versa), c’est ce qui rendait le problème de déclenchement à 1p.e ardus (la mesure de la charge se faisant à shaping plus lent ~1ms ne posant pas de problème a priori). Une intégration dans un chip en technologie BiCMOS 0.8mm a été conçue au laboratoire et soumis fin 99 au centre multi-projets de Grenoble (CMP). Les caractéristiques en temps de monté (6ns) et de bruit (1.6 nV/Hz) étaient attendues par les simulations, par contre la capacité totale de 22pF était beaucoup trop grande pour pouvoir envisager un déclenchement sur 1 p.e. En fait, elle se décomposait en 6pF pour le HPD et 4pF pour le transistor d’entrée dont les valeurs étaient attendues, et de 6pF venant de la carte de support et 6pF de diodes de protection pour lesquelles a posteriori un effort aurait pu être fait dans le design, ce qui a été jugé encourageant pour la suite.

J’ai présenté les résultats de MONOLITH au Conseil Scientifique du LAL de Sept 99 ainsi que nos engagements futurs en direction de la collaboration OPERA. En effet,  plusieurs évolutions se sont dessinées depuis le dernier Conseil Scientifique du LAL en 98. De nouveaux résultats des expériences de neutrinos atmosphériques (principalement Super-K) ont conforté les résultats initiaux et ont permis de renforcer la probabilité que Dm2 soit supérieure à 10-3 eV2 pour un angle de mélange voisin de 1. Cette zone rendait plus attrayant les projets d’oscillations avec des faisceaux artificiels sur des distances de l’ordre de 700km. Par ailleurs, la possibilité de réaliser une expérience d’apparition nm->nt  sans bruit de fond nous semblait être une étape décisive dans le programme mondial d’étude de la matrice MNS des neutrinos (équivalente de la matrice CKM des quarks). De plus, les performances attendues d'un faisceau de neutrinos entre le CERN et le Gran Sasso avaient été multipliées par 3 depuis l'étude du rapport CERN-98-02 et finalement la décision de construire ce faisceau a été prise par le CERN à la fin de l'année 99.

Acte III: 99-01, OPERA
J’ai présenté la participation à OPERA de la collaboration française (IPLN, LAL, LAPP) devant les Comités Scientifiques de Modane et de l’IN2P3 en novembre 99, laquelle a été approuvée. A la suite de ces présentations, j’ai donné deux séminaires : tout d’abord à l’IPN d’Orsay en décembre 99, puis en février 2000 à l’IReS. Les physiciens de l’IReS que je connaissais de DELPHI et NEMO nous ont rejoint. 

Le projet OPERA, maintenant pleinement approuvé par le CERN et le Laboratoire National du Gran Sasso, vise donc la mise en évidence de l’oscillation de nm en nt par interaction courant chargé produisant des t dont les désintégrations dans les modes à 1 trace chargée sont identifiées dans une cible active de 1,9kT répartie en trois modules. La cible est constituée d’empilements de feuilles de plomb et de feuilles d’émulsion photographique en guise de détection, assemblés en briques de dimension 12x10x8 cm3 d’environ 8kg chacune au nombre total de l’ordre de 235000. La technique de détection employée est la mise en évidence de la déviation angulaire que fait la particule produite lors de la désintégration du t, grâce à l’extrême résolution des émulsions. La surface totale d’émulsion de l’ordre de 175000m2 sera produite sur une chaîne automatique ce qui conduira à une bien meilleur qualité que celle obtenue par des techniques artisanales utilisées dans le passé (expériences CHORUS et DONUT).

Environ 1/10 des briques seront le siège des interactions courants chargés et neutres durant les cinq ans de fonctionnement de l’expérience. La segmentation de la cible en briques élémentaires et les performances sans cesse améliorées des techniques de scanning automatique permettent d’envisager une exploitation quasi « en ligne » des événements enregistrés. Ceci implique un détecteur « électronique » qui permettent d’identifier efficacement la brique à scanner. La solution retenue actuellement est l’utilisation de barreaux de scintillateurs séparant les plans de briques, ainsi les développements des laboratoires français dans le cadre de MONOLITH trouvent naturellement leurs places. L’efficacité totale de détection des nt dans les trois modes (e, m, h) est de l’ordre de 9% et permettrait de détecter une vingtaine d’événements si Dm2 ~ 3 10-3 eV2 (comme semble l’indiquer à la fois Super Kamiokande avec des neutrinos atmosphériques et K2K avec un faisceau de basse énergie entre KEK et Super Kamiokande)  pour un niveau de bruit de fond inférieur à 1 événement pour une durée d’expérience de 5 années. Un gain proche de 70%  serait susceptible d’être obtenu si le SPS fonctionnait en mode « dédié » plutôt qu’en mode « partagé ».
 
Au niveau de l’organigramme d’OPERA mis en place pour la rédaction de la proposition d’expérience, j’ai co-dirigé le groupe Analyse et Software. En particulier, je me suis chargé de la réorganisation des programmes d’analyse (générateurs d’événements, simulation, production de tuples) afin que tout le monde de la collaboration ait accès à ces outils, ainsi que la coordination des développements. Pour ce faire, je me suis servi d’un outil développé au LAL et dont j’usai depuis sa création  à savoir CMT. Cet outil a bien été intégré par la collaboration et sera utilisé pour la gestion des développements futurs.  

D’une manière plus concrète encore, j’ai placé mon action dans le cadre défini par le groupe français portant sur le détecteur électronique de la partie cible (« tracker cible »). Ce détecteur doit en premier lieu donner la localisation de la brique, siège de l’interaction neutrino. Plus ce détecteur est performant moins la charge des fermes de scanning sera lourde. 

Premièrement, j’ai mis en œuvre un algorithme de reconnaissance de trace dans la partie cible et le spectromètre lequel a permis les études sur l’identification du bruit de fond charme. Ce programme est une adaptation de celui développé dans NEMO par un collègue russe : «l’automate cellulaire ». Ainsi, le facteur 20 de suppression du bruit de fond charme avancé dans le Progress Report d’OPERA en Sept 99 basé sur une analyse visuelle, a pu être confirmé en utilisant une méthode totalement automatique. Actuellement, cet algorithme sert de première étape dans la reconstruction des traces, l’ajustement de leurs paramètres étant assuré par le filtre de Kalman adapté pour OPERA par mes soins. C’est le même filtre que j’avais mis au point dans MONOLITH. L’ensemble servira en vue du choix de détecteur cible qui doit avoir lieu mi-2001. En effet, outre la solution de base retenue au niveau de la proposition d’expérience, une solution utilisant des scintillateurs liquides, et une solution utilisant des Resistive Plate Chambers sont en ballottage. 

Deuxièmement, la recherche et développement entreprise au LAL sur l’électronique front end du « tracker cible » basée sur la lecture des HPD dans le cadre de MONOLITH, s’est poursuivie en 2000, par la réalisation d’un deuxième chip devant valider une chaîne complète de lecture et bénéficiant des acquis du premier. Si la logique de lecture répond parfaitement, par contre le bruit effectivement mesuré n’est pas du tout en accord avec les améliorations attendues. Le départ du LAL de l’électronicien en charge de ce développement ainsi que la charge du service sur d’autres projets « chauds » n’a pas aidé à l’analyse de ces problèmes. Début avril 2001, un nouvel ingénieur vient d’être embauché au LAL et mis sur le projet OPERA, ce qui devrait éclaircir la situation. Néanmoins, les progrès réalisés par la société IDEAS sollicitée par l’IPNL semblent très prometteurs ce qui relativiserait une prolongation de ce R&D au LAL. En parallèle, les récents développements sur les PMT multianodes de Hamamastu permettent d’envisager de déclencher sur 1 p.e avec de tels photodétecteurs, et leurs grands gains « naturels » (100 à 1000 fois celui d’une HPD) ainsi que leurs coûts ont été suffisamment attractifs pour les retenir tout au moins temporairement dans la proposition d’expérience. Par contre, de nouveaux problèmes se posent comme la correction de la variation de gain voie à voie qui peut atteindre un facteur 3. Là aussi, une soumission au CMP de Grenoble a été entreprise courant 2000 par le LAL en partenariat avec l’équipe de l’IReS. Les premiers résultats sont très encourageant et permettent d’envisager une contribution effective du LAL si ce photodétecteur était définitivement choisi. Un troisième type de tracker est envisagé à base de RPC, pour lesquelles une lecture analogique est indispensable pour son utilisation dans OPERA. Dans ce cas, le LAL pourrait également contribuer à ce développement bien qu’aucun contact n’ait encore été pris avec les groupes de la collaboration qui poussent cette solution. 

Troisièmement, j’ai étudié les problèmes reliés à la fabrication des plaques de Plomb. En effet, un point crucial dans la cible active est la qualité du plomb tant d’un point de vue mécanique que d’un point de vue de la teneur en 210Pb. La planéité influe sur la résolution ultime avec laquelle la mesure du moment des particules est obtenue par analyse du Multiple Scattering. La radioactivité perturbe la reconstruction des gerbes électromagnétiques (électron/photon) et un niveau en dessous 0,1Bq/g est requis. J’ai profité des installations de Modane et des compétences des groupes français de l’expérience NEMO, à la fois pour ce qui concerne des mesures de radioactivités à l’aide de détecteur Germanium, mais également dans le domaine des simulations de l’implication de cette radioactivité sur les émulsions. Ainsi, en comparant les radioactivités des plombs japonais et européens nous avons pu conclure que la mine suédoise de Boliden, fournit un plomb dont la radioactivité est bien dans les spécifications. D’autre part, J.-P. Repellin et moi-même aidé d’un mécanicien du LAL, sommes rentrés en contact avec un industriel français spécialiste de l’utilisation de plomb : Les Fonderies de Gentilly. Des études de fabrication des plaques de plomb, nous avons pu exclure la production par fusion beaucoup trop chère et fastidieuse, et diriger les recherches vers une technique de laminage/estampage pour la production des ~13 millions de plaque. 
	
J’ai présenté au Conseil Scientifique du LAL du 5 juillet 2000 une proposition de participation du groupe LAL constitué de J. Boucrot, J.E Campagne, B. Merkel, J.P Repellin et J.J Veillet, au projet OPERA d’apparition. Le CS a approuvé cette proposition sous la condition d’un renfort externe du groupe. Un poste CR1 devrait être pourvu à la session de printemps 2001 de la commission 03. Les engagements du LAL vis-à-vis d’OPERA vont se préciser cette année, je peux imaginer des scénarios où le LAL peut être engagé dans une partie électronique, et dans une partie software sur la gestion des images de scanning (projet en cours de discussion préliminaire avec des italiens de Salerne, Bari et Naples)

Autres activités

Organisation des « Journées Neutrinos » au LPNHE-P6&7 les  22-23 Avril 98

Séminaires :
- à l’INP Orsay le 6 décembre 1999 : « A l’OPERA, une sonate en neutrino majeur… »

- aux Journées « Astroparticule » du CNRS 10-11 janvier 2000 : « La connaissance du Neutrino : un problème fondamental »

- à l’IReS le 9 février 2000 : « OPERA : un détecteur de neutrino tau au Gran Sasso »

Direction de Stages :
- Direction de 2 stagiaires de Math Sup. de Louis Legrand en 97 dans leur travail de recherches de T.I.P.E «  chambres à fils.
- idem en 1999 avec deux Math Spé. de Rennes pour un T.I.P.E sur « la physique des neutrinos solaires »
- Codirection de 5 stagiaires de DEUG/Maîtrise de physique d’Orsay dans le cadre des tests des chambres à fils de NEMO3 en 97-98.

Diffusion de l’Information Scientifique :
-  Conseillé scientifique de G. Edelheit chargée de communication à l’IN2P3 (95-98).

- Participation en qualité de conseillé à l’article de CIEL & espace n°365 – Oct 2000 : « Neutrinos : piège géants pour particules fantômes » par Azar Khalatbari.

- Participation au film de Jean-François Ternay sur « Le maessage de l’image dans la vulgarisation scientifique » en qualité « d’nterviewé » sur « L’image : outil de recherche, outil de communication » appliqué à la Physique des Particules

- Participation régulière aux Journées Portes Ouvertes du laboratoire pour faire visiter le laboratoire.