La Physique
des Astroparticules
L'expérience Pierre Auger : une nouvelle
étape
dans l'étude des rayons cosmiques
ultra-énergétiques
Serguei Vorobiov
Laboratory for astroparticle physics (LAP)
University of Nova Gorica, Slovénie
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RESUME
Depuis la première détection d'un rayon cosmique d'énergie autour de 100 EeV en 1962, la nature et l'origine de ces rayons cosmiques ultra-énergétiques (RCUE) demeurent inconnues. Les scénarios standard de production des RCUEs prévoient une accélération de protons et de noyaux plus lourds dans des objets astrophysiques (noyaux actifs de galaxies, sursauts gamma, amas de galaxies). Dans ces scénarios, aux énergies supérieures à 60 EeV environ, on s'attend à observer une cassure (dite « coupure GZK ») dans le spectre des rayons cosmiques en raison de l’interaction des noyaux avec le rayonnement fossile à 2.7 K. Les flux de rayons cosmiques aux énergies extrêmes sont faibles (environ 1 rayon cosmique par km², par stéradian et par an, aux alentours de 5 EeV). Les défis expérimentaux pour contraindre les paramètres essentiels des RCUEs (énergie, direction d’arrivée, nature) sont importants, car ces rayons cosmiques sont observés indirectement, par le biais des cascades de particules secondaires qu'ils engendrent dans l'atmosphère. Ceci explique les différences marquantes entre les résultats obtenus par les expériences de la génération précédente (AGASA, HiRes), notamment sur la présence de la « coupure GZK » dans le spectre des RCUEs. L'Observatoire Pierre Auger a été conçu pour répondre aux questions cruciales de la physique des rayons cosmiques ultra-énergétiques. Le projet consiste à effectuer une observation hybride des mêmes cascades atmosphériques avec un grand réseau de détecteurs à effet Tcherenkov (cuves remplies d'eau, sensibles aux particules secondaires atteignant le sol) et avec des télescopes enregistrant le rayonnement de fluorescence émis lors de la propagation des particules chargées dans l'atmosphère. La détection hybride permet d'améliorer considérablement la précision dans la reconstruction des paramètres des rayons cosmiques primaires, et aussi d'effectuer une intercalibration des deux techniques à des énergies inaccessibles auprès des accélérateurs. Le projet vise à couvrir complètement le ciel RCUE avec deux sites d'observation, l'un dans l'hémisphère Sud et l'autre dans l'hémisphère Nord. La construction de l'Observatoire Auger Sud en Argentine, avec son détecteur de surface de 3000 km² et ses quatre sites de fluorescence, sera terminée d'ici quelques mois. Depuis le début de l'année 2004, l'Observatoire collecte des données dont la statistique actuelle est largement supérieure à celle des expériences antérieures. La mesure par Auger du spectre des RCUEs, les résultats de la recherche d'anisotropies et les études concernant la composition des rayons cosmiques ultra-énergétiques seront présentés et discutés. BIBLIOGRAPHIE
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