QUBIC - interférométrie bolométrique pour la recherche des modes B de polarisation du fond diffus cosmologique – QUBIC

QUBIC est un concept instrumental novateur dédié à la recherche de la polarisation B du fond diffus cosmologique (CMB). Ce rayonnement est prédit dans le cadre des théories d'inflation comme résultant des perturbations tensorielles de la métrique (ondes gravitationnelles primordiales). Sa découverte serait une avancée considérable en cosmologie, ouvrant une nouvelle fenêtre sur l'Univers primordial. Le niveau des modes-B est directement relié au rapport tenseur/scalaire dont la valeur permet de distinguer entre le modèles d'inflation compatibles avec les données actuelles. 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.

QUBIC sera le premier interféromètre bolométrique, combinant les avantages des bolomètres en termes de sensibilité (limitée par le bruit de photons) à ceux de l'interférométrie en termes de contrôle des effets systématiques. Dans sa version finale, QUBIC comportera 6 modules de 400 cornets primaires. Un module comprend 400 cornets en configuration carrée, situés derrière la fenêtre d'un cryostat, servant à sélectionner les lignes de base (modes de Fourier) de l'interféromètre. C'est donc l'équivalent millimétrique de l'interféromètre de Fizeau avec 400 ouvertures. Le signal de ces cornets est réémis via des cornets secondaires vers un combineur optique situé dans le cryostat. Une lame demi-onde rotative module la polarisation. Finalement, une grille polarisante sépare le signal en ses deux polarisations qui se focalisent chacune sur un plan focal équipé de bolomètres.

En interférométrie traditionnelle, l'observable est la visibilité dont la TF inverse est l'image synthétique. Notre observable est directement l'image synthétique, pour les paramètres de Stokes Q et U (après démodulation de la rotation de la lame-demi onde). Notre instrument peut donc être utilisé comme un imageur synthétique, en scannant le ciel (et en récupérant ainsi le paramètre de Stokes I), en fabricant des cartes et en reconstruisant les spectres angulaires polarisés à partir de ces dernières. Notre lobe est cependant significativement différent de celui d'un imageur (formé par les cornets et le telescope) puisqu'il est le résultat des modes de Fourier selectionnés par les cornets d'entrée. La sensibilité d'un tel instrument est comparable à celle d'un imageur alors que le contrôle des effets systématiques sera amélioré par sa nature interférométrique.

Le lobe synthétique peut être connu très précisément grâce à deux techniques. La première st classique: observer une source ponctuelle (un calibrateur externe) et reocnstruire des cartes de lobes. La seconde est spécifique à notre instrument et se base sur sa nature interférométrique: on observe la source de calibration avec chacune des paires de cornets possibles (en utilisant des interrupteurs en guide d'onde pour fermer alternativement certains cornets) et on utilise la redondance de nos lignes de base pour reconstruire les paramètres des effets systématiques (gains, couplages de polarisation, position des cornets) pour chaque canal (cornet et bolomètre) séparément. Ces paramètres sont alors pris en compte dans l'analyse de données, qui bénéficie donc d'un niveau supplémentaire de contrôle des effets systématiques par rapport aux imageurs.

La présente demande vise à financer la contribution française au premier module de QUBIC (permettant de contraindre un rapport tenseur/scalaire de 0.05 à 95% C.L. en un an) qui comportera 400 cornets primaires à 150 GHz et deux plans focaux de 1024 TES. La France est leader du projet et nous sommes impliqués dans la simulation et l'analyse de données, la chaîne de détection, la fabrication des cornets et interrupteurs de guide d'onde et dans l'intégration finale.