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Programme d’observations des anisotropies polarisées du CMB : démonstrateur BRAIN

Scientific driver du programme

Nos axes de développement• expériences au sol – depuis l’antarctique : Dôme C

imageur CLOVER| prototype BRAIN

• Planck (2007)• réflexion/participation à EPIC (NASA) et/ou une mission européenne

J.G.BartlettM.Piat

Conseil Scientifique -- 1 mars 2004

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Constraining ICs & tighter constraints on params Gravity waves from Inflation

nature of gravity test of inflation energy scale

Lensing reconstruction constraints on Dark Energy neutrino mass measurement

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(Hu & Dodelson 2002)

Two different typesof polarization patterns

Planck 2007

4

C. Rosset

Fiducial WMAP Model

17.0

ReionizationOptical depth

4

pl

I

M

E

S

Tr

Lensingsignal

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Dôme C

Excellente transmission atmosphérique pendant quasiment toute l’année

Possibilité d’intégrer sur la même région pendant une longue période

Turbulence atmosphérique réduite

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BRAIN: concepts d’instrument - interférométrie et imagerie

BRAIN: interféromètre bolométrique Une nouvelle génération d’instruments

BRAIN combine les méthodes radio et les méthodes de photométrie sub-mm/mm Le sub-mm/mm est à l’interface radio/IR

Avancée importante vers le développement des futurs instruments sub-mm/mm avec la R&D matrice de bolomètres

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Interféromètre astronomique:

Interférence du signal optique provenant de 2 télescopes 1 ligne de base D

Déphasage entre les deux signaux Dépend de la position sur le ciel Apparition d’un motif d’interférence

type trous d’Young

Mesure directe du coefficient de Fourier sur le ciel pour k=D Si le détecteur intègre tout le signal

s0

D

s Zone observée

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Intérêts de l'interférométrie bolométrique

1. Modulation naturelle du signal polarisé Modulation de la phase plutôt que de faire tourner la polarisation

2. Mesure des 4 paramètres de Stokes simultanément Mode de Fourier des paramètres de Stokes pour la ligne de base --

relation directe aux modes E et B

3. Effets systématiques réduits et pas d'aberrations Pas de miroirs, utilisation de la surface collectrice maximale Interféromètre: réduction des effets de l’atmosphère

4. Excellente sensibilité - traitement des données moins complexe Bolomètre: excellente sensibilité Interférométrie: traitement des données moins complexe – spectre de

puissance

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Principe de mesure sur une ligne de base

I, U, Q, V: Paramètres de Stokes

sin2

cos2

22

22

yx

yx

yx

yx

EEV

EEU

EEQ

EEI

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Cryostat (Rome La Sapienza)

Large window(foam)

Horns

Bolometers

Sidelobes Shield

Two cylinders,One for detectors,One for refrigerator

Phase Switch,Interferometer

Indium sealsfor dewar

50K

2.2K

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Optique froide (Cardiff)

First prototype:

Cornets Archeops:

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La collaboration Université of Wales Cardiff University of Cambridge Università di Roma La Sapienza Centre d’Etude Spatial des Rayonnements (CESR Toulouse) Centre de Spectroscopie Nucléaire et de Spectroscopie de Masse (CSNSM) APC

Sub-system Components Possible contribution fromCryostat RomeCooler Mechanical cooler Rome

Fridge CardiffCold optics Horns Cardiff

OMT CambridgePhase shifter Cardiff - APCBeam combiner Cardiff (guide d’onde)

Cambridge (strip line)Detectors CardiffReadout electronics CESR/APC?

Telescope, mount RomeAcquisition electronics APC?

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Implications de l’APC

Simulations: en cours Spécification de l’instrument Stratégie d’observation Décomposition E/B Effets systématiques

Déphaseur mécanique Electronique d’acquisition Relation avec R&D bolomètres

Bolomètres supraconducteurs Électronique à SQUID

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Dielectric Phase Shifter

Simulation et design en cours avec le LISIF (P6) Premières simulations

encourageantes

BE Didier Imbault, Walter

Bertoli, Daniel Vincent (LPNHE)

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Tentative d’agenda

Déphaseur1. Design, tests piezo Mai 20042. Réalisation Juillet 20043. Tests Septembre 20044. Etude version 2

Acquisition-contrôle Prise en main EGSE Mai 2004 Définition interfaces Juillet 2004 Codage interfaces fin 2004 Communication fin 2005

Campagne 2004 (italien) : test de logistiqueCampagne 2005 :

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Campagne Antarctique fin 2005

Campagne de 4 mois Mi-octobre 2005 à fin février 2006

Chronologie à détailler Mi-octobre : vol vers Terra Nova Bay avec l’équipement Mi-octobre à mi-novembre : assemblage et tests à TNB Fin-novembre : Emballage et vol vers Dôme-C Décembre-Février : mesures d’été Fin-février : préparation du système pour l’hiver

Personnel APC: 1 chercheur instrumentaliste ~50j 1 IR acquisition ~50j 2 IR/chercheurs impliqués ~50j

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Estimation des besoins humains à l’APC

Déphaseur 1BE 0,75FTE sur 1 an 1AI tests 0,2FTE sur 1 an 1IR électronicien 0,3FTE sur 1 an

Acquisition-contrôle 1IR 0,5FTE sur 2 ans

0,2FTE sur 5 mois de suite

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Financements

Financement acquis: PNRA (institut polaire italien) 2003 : 50k€ Cardiff/Cambridge university 2003 : 15k€ PNC 2004: 5k€ BQR Paris 7: 25k€ IN2P3: voir R&D bolomètres

Financements demandés (ou à demander): IPEV (Institut Paul Emile Victor): 50k€ Fédération APC: à définir

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Compétition internationale

C.Rosset