École de Physique des Astroparticules - II
Avancées en physique des astroparticules

Radio-émission et radio-détection des gerbes atmospheriques

Benoît REVENU
Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH)


RESUME

Il est possible de détecter la gerbe atmospherique d'une part via les particules secondaires suffisamment énergétiques pour atteindre le sol et d'autre part via la lumière de fluorescence émise isotropiquement par le diazote atmosphérique excité par le passage de la gerbe. Ces deux observables sont exploitées dans l'observatoire Pierre Auger.

Mais la gerbe (constituée de quelques milliards de particules chargées se déplaçant a une vitesse proche de c) va également émettre un champ électrique dont les propriétes --- amplitude, polarisation --- dépendent du mécanisme précis d'émission. Nous décrirons les différents mécanismes possibles.

Les premières tentatives de radio détection de ce champ datent des années 1970 avec les mesures d'H. Allan mais les performances instrumentales d'alors n'ont pas permis d'exploiter pleinement cette technique qui n'a pris son véritable essor qu'à partir des années 2000 avec les experiences LOPES et CODALEMA. Nous verrons le lien entre la mesure du champ et les caractéristiques du rayon cosmique primaire. Les premières radio détections complètement autonomes de rayons cosmiques datent de 2007 ; elles ont été obtenues auprès de l'observatoire Pierre Auger ou 3 radio stations autonomes de type CODALEMA ont été installées et constituent la première étape de mise au point d'un réseau radio dédié aux rayons cosmiques.

La seconde étape consiste a l'implantation d'un réseau de 20 km^2 au sein d'Auger qui débutera fin 2009.

Nous avons également proposé récemment un modèle phénomenologique très simple d'émission du champ électrique ; ce modèle a été validé par les données de CODALEMA dans l'hemisphere Nord et est en bon accord avec les données préliminaires obtenues dans l'hémisphère Sud sur Auger.

BIBLIOGRAPHIE
Expériences
    • CODALEMA, effet geomagnetique : arXiv:astro-ph/0901.4502
    • RAuger, premiere detection avec une station radio autonome : B. Revenu for the Pierre Auger and CODALEMA Collaborations, Nucl. Instrum. Methods A 604, S37 (2009)
    • Experience Hollandaise sur Auger, trigger scintillateur : J. Coppens for the Pierre Auger Collaboration, Nucl. Instrum. Methods A 604, S41   (2009)
    • LOPES, A. Haungs, Nucl. Instrum. Methods A 604, S236 (2009). "Radio pulses from extensive air showers" Jelley, Charman, Fruin et al, nuovo cimento vol XLVI N 4 1966
    • "Radio pulses from extensive cosmic-ray air showers" Jelley, Fruin, Porter et al, Nature 1965, num 4969, 1965
Revue radio
    • "Radio emission from extensive air showers" dans "Progress in elementary particle and cosmic ray physics" vol X Allan, 1970
Théorie
  • Champ Coulombien
    • "Radio pulses from cosmic ray air showers, boosted Coulomb and Cerenkov
      fields" Meyer-Vernet, Lecacheux, Ardouin, arxiv:astro-ph/07121533v1
  • Courant transverse
    • "A macroscopic description of coherent geomagnetic radiation from cosmic ray air showers"
      Scholten, Werner, Rusydi, arxiv:astro-ph/0709.2872v1
    • "Radiation from cosmic ray air showers" Kahn, Lerche 1996 Proc. Roy. Soc. A289, 206
    • "Radio emission from cosmic ray air showers, coherent geosynchrotron
      radiation" Huege, Falcke, arXiv:astro-ph/0309622

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