Le laboratoire se lance dans la physique hors accélérateur avec l’expérience TauP recherchant la désintégration du proton prédite par certaines théories de grande unification. Sous l’impulsion d’André Rousset, il joue un rôle central dans la création du Laboratoire Souterrain de Modane (décision en 1980, ouverture en 1983). La collaboration Aachen, Orsay, Palaiseau, Saclay, Wuppertal (~ 50 participants) y construit un calorimètre de 900 tonnes avec 106 canaux d’une granularité de 5x5mm et obtient en 1989 et 1991 une limite sur la durée de vie du proton (neutron lie?) > 10³¹ a? 10³² années.
Cette expérience est aussi l’occasion d’une étude précise des gerbes de muons créées par les interactions du rayonnement cosmique à une profondeur de 4800 m.w.e., d’une recherche de sources stellaires avec des muons simples, et d’obtenir une limite sur le flux diffus de neutrinos atmosphériques électroniques et muoniques. C’est le début d’un rapprochement entre la physique des particules et l’astrophysique qui deviendra par la suite l’astroparticule et au laboratoire s’orientera vers l’astronomie gamma de haute énergie. Ces études se développeront aussi bien au sol (CAT, CELESTE, HESS, CTA) que dans l’espace (satellite FERMI) jusqu’aux années 2020.