Un rayon cosmique n'est pas un rayon. Ni de cercle, ni de lumière. Un rayon cosmique est une particule de préférence chargée, du genre proton, noyau d'Helium, de Fer, etc. qui nous pleut de l'Univers. Ce n'est pas un photon. L'un des grands intérêts des rayons cosmiques réside dans cette phrase négative. En effet, comment étudie-t-on l'Univers au-delà de la lune ? Par la lumière. Les télescopes, qu'ils soient au sol, dans l'espace, qu'ils observent dans le visible ou dans l'infrarouge, avec des fibres optiques, avec des CDD, observent les photons. Ainsi, lorsque presque toute l'information qui nous vient de l'Univers nous provient de sa lumière, les rayons cosmiques nous ouvrent une toute nouvelle fenêtre d'observation.


last updated: 24/10/13 - © Kumiko Kotera

Qu'est-ce que c'est ? Mais sur quoi donc est-ce que je passe mes journées ? Pourquoi est-ce que je trouve que ça chouette ? Voici quelques éléments de réponse.

J'ai dit que les rayons cosmiques sont des particules chargées. C'est une propriété à la fois problématique et fantastique. Ce qu'il faut savoir d'abord, c'est que la Terre, mais aussi notre Galaxie, et même l'Univers entier baignent dans des champs magnétiques variés. Du coup, les rayons cosmiques sont déviés par ces champs et ne suivent pas des trajectoires rectilignes comme les photons (qui eux, ne sont pas chargés). Lorsque vous avez un photon qui vous arrive dessus, il suffit de regarder d'où il vient pour repérer la source (votre lampe 60W, une étoile, une galaxie spirale...). Ca ne marche pas du tout comme ça avec les rayons cosmiques : comme ils sont déviés par les champs magnétiques, l'endroit d'où ils semblent venir peut être complètement à l'opposé de leur source.


Tout ça pour dire qu'on ne sait pas quelles sont les sources des rayons cosmiques.


Bien sûr, j'exagère un peu. Les rayons cosmiques de plus faibles énergies (qui vont donc le moins vite) viennent essentiellement du soleil. Ceux d'un peu plus grande énergie viendraient de notre Galaxie (ce sont des supernovae - étoiles qui explosent - qui les éjectent). Mais tout ça, c'est petit joueur. Ce sont des énergies presque reproductibles sur Terre avec des accélérateurs de particules.

Les particules que j'étudie vont jusqu'à 10^22 eV. On est à un pouième de la vitesse de la lumière. C'est à peu près 1 Joule : une énergie à échelle humaine pour un proton minuscule. Pour accélérer des particules à cette énergie-là, il faudrait construire des accélérateurs de particules de la taille de notre Galaxie. Ca ne vous épate pas ? Moi, si...


Deux questions se posent alors :

1.mais comment c'est possible d'accélérer des particules à de telles énergies ??? C'est quoi la physique derrière ?

2.c'est quoi ce monstre qui envoie ces rayons cosmiques de ultra haute énergie (UHECR pour les intimes) ? C'est quoi la source ?

Et aussi une question annexe : comment sont-ils arrivés à nous, quel chemin ont-ils suivi ?


En résumé, on reçoit des trucs qui ont des énergies extraordinaires, et on ne sait ni d'où ils viennent, ni comment, ni comment ça se fait que ça existe. Enfin, on a pas mal d'idées, bien sûr. (Quand je dis "on", je ne fais pas référence à moi qui ai justement très peu d'idées.) Vous voyez aussi que le fait que ces particules sont chargées entraînent plein de complications, mais va permettre aussi entre autres de sonder le champ magnétique de l'Univers ("si ça nous arrive de cette façon-là, c'est que le champ magnétique doit avoir ces valeurs-là" etc.), et que de toutes façons, résoudre ces complications nous apprendra énormément de choses sur l'Univers.

On reçoit sur Terre à peu près un kilogramme de rayons cosmiques par an. Quand vous vous dites que chaque particule pèse environ 10^-27 kg, ça fait un bon paquet de particules. En fait, vous êtes en train d'en recevoir sur la tête, là, maintenant, pendant que vous me lisez. Comme il y en a beaucoup, ça permet de faire pas mal de statistiques.

   UHECR     les rayons cosmiques de ultra-haute énergie

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