Rayon cosmique - Définition et Explications

Le rayonnement cosmique désigne de manière générale le flux de particules de haute énergie (c'est-à-dire relativistes) présent dans tout l'Univers. Il s'agit pour sa partie chargée principalement de protons (entre 85 et 90 %) et de noyaux d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) (de 9 à 14 %), le reste étant constitué d'électrons, de différents nucléons (noyaux d'atomes) ainsi que de quantités infimes d'antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière...) légère (antiprotons et positrons (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron....). La partie neutre est quant à elle constituée de rayons gammas ainsi que de neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des...). L'étude de ce rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) au début du 20ème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) a donné naissance à la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...) expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) et aujourd'hui grâce à une nouvelle génération d'instruments ouvre une nouvelle fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan...) d'étude de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Les rayons cosmiques participent en particulier à la formation des ceintures de Van Allen.

Histoire

En 1912, le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) autrichien Victor Franz Hess (Victor Franz Hess (24 juin 1883 - 17 décembre 1964) était un...) découvre l'existence de radiations dont l'intensité augmente avec l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...). Il en conclut à l'origine cosmique de ce rayonnement. Ces résultats sont confirmés par Robert Millikan qui travaille à l'aide de ballons sondes. Il croit que ces rayons sont électriquement neutres. Cette affirmation est démentie dès 1928 où l'on montre que l'essentiel des rayonnements atteignant la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) consiste en des particules chargées. Millikan pense alors que ces dernières résultent de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) entre les rayons neutres de l'espace (rayonnement gamma) et les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) atmosphériques qui permettent l'éjection d'électrons secondairement détectés. Arthur Compton (Arthur Holly Compton (10 septembre 1892 à Wooster, Ohio, États-Unis -...) démontre que le rayonnement est en fait variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) suivant la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre...) où il est mesuré (plus faible à l'équateur qu'aux pôles) du fait de l'influence du champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe –...), prouvant par cela même qu'il s'agit de particules chargées.

Les gerbes atmosphériques, découvertes en 1938 par l'astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) français Pierre Auger (Pierre Victor Auger (14 mai 1899 - 25 décembre 1993) était un physicien français né à Paris,...) sont des faisceaux de particules secondaires provoqués par l'impact de particules primaires provenant de l'espace avec les atomes de la haute atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Ces particules ont une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) qui peut atteindre 1020 eV (électron-volt). Ce sont les particules secondaires qui sont détectées au sol. Le rayonnement cosmique primaire, constitué principalement de protons produit des gerbes de mésons (pi chargés de durée de vie (La vie est le nom donné :) 0.026 microsec) se désintégrant eux mêmes en muons (durée de vie 2.2 microsec) qui se désintègrent en électrons de faible parcours et neutrinos. Sans l'effet relativiste de dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement,...) du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) la plupart des muons n'atteindraient pas le sol où il subsisterait surtout des neutrinos indétectables. Belle confirmation de la relativité.

Origine

Le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) est en partie responsable du rayonnement cosmique mais les particules les plus énergétiques proviennent de l'espace interstellaire et intergalactique ; elles auraient pour origine l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...) de supernovae, selon l'hypothèse émise en 1949 par le physicien italien Enrico Fermi (Enrico Fermi (29 septembre 1901 à Rome - 28 novembre 1954 à Chicago)...), mais cela n'est pas confirmée actuellement.

Ainsi, leur provenance est encore en partie un mystère, mais qui devrait bientôt s'éclaircir avec la mise en service depuis 2004 de l'Observatoire Pierre Auger à Malargüe en Argentine. Pour les particules les plus puissantes (les zetta-particules, au-delà de 5*1019 eV) les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) restent encore très peu nombreuses (moins d'une gerbe par an dans des observatoires très spécialisés comme le Fly's Eye de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de l'Utah ou l'Akeno Giant Air Shower Array). Les phénomènes physiques à l'origine sont mal connus et font certainement appels aux phénomènes astronomiques les plus énergétiques connus dans la nature : noyau actif de galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...), sursaut gamma (Les sursauts gamma (en anglais, gamma-ray bursts, abrégé en GRB) sont des bouffées de photons...), trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense...), etc.

Sources et références

  • Crozon M, La querelle des rayons cosmiques, Les génies de la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...), 2007, n° 31, p24-27
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