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Corinne BératLaboratoire de Physique Subatomique
et de Cosmologie de Grenoble
Corinne BératLaboratoire de Physique Subatomique
et de Cosmologie de Grenoble
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La Terre est en permanence bombardée departicules qui viennent du cosmos.
Les rayons cosmiques représente environ 15% de laradioactivité naturelle totale (à peine moins que laradioactivité du sol)
La Terre est en permanence bombardée departicules qui viennent du cosmos.
Les rayons cosmiques représente environ 15% de laradioactivité naturelle totale (à peine moins que laradioactivité du sol)
Corinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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• Ondesélectromagnétiques
• Rayons cosmiques
collision de deux galaxies spirales
Une « expérience » en astrophysique ?
Seuls « messagers » pour étudier les phénomènes astrophysiques à distance :
Messagers du cosmosMessagers du cosmos
Corinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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Les lumières de la nébuleuse du Crabe
Lumière visible
Ultra violet
Rayons XRadio Infra Rouge
Rayons
Energie /fréquence
Longueur d’onde
100m-1m 10 µm 700 nm 400 nm 10 nm 1nm 0,1nm 0,01nm 0,001nm
Rayons cosmiques
Messagers du cosmosMessagers du cosmos
Corinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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CheminementCheminement
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Découverte des rayons cosmiques
Naissance de la physique des particules
Nature, origine des rayons cosmiques
Astronomie gamma
Les grandes gerbes atmosphériques
Les rayons cosmiques d’ultra haute énergie
L’observatoire Pierre Auger
Corinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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7
Fin du XIXe siècle : rayonnements - lumière ? matière ?
–Rayonnements « cathodiques »• W. Crookes, J-B. Perrin• J.J. Thomson électrons (1897)
Contexte historiqueContexte historique
–Rayons X• Découverts par W. Röntgen en
1895• Nature incertaine jusqu’à Von
Laue (1912)
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Radioactivité• Découverte par H. Becquerel
en 1896 (uranium)• 1898-1900 P. et M. Curie,
E. Rutherford et P. Villard : plusieurs types de radioactivité ()
Contexte historiqueContexte historique
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Ionisation de l’air–Observation de la décharge des électroscopes
isolés
–radioactivité naturelle de la terre ?–C. Wilson : rayonnement d’origine extra terrestre ?
Décharge de l’électroscopeDécharge de l’électroscope
Corinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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Origine de l’ionisation de l’air ?
– 1910 : le père Wulf monte sur la tour Eiffel avec des électroscopes
–décharge moins rapide, mais pas autant que ce qui était prévu !
Donc « ça » vient d'au dessus…
Décharge de l’électroscopeDécharge de l’électroscope
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Découverte des rayons cosmiques– 1912 : Victor Hess monte en ballon à 5350 m :
découverte du rayonnement cosmique. – 1914 : W. Kolhörster monte à 9 Km
Ionisation d’origine cosmiqueIonisation d’origine cosmique
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–R. Millikan pense que les rayons de V. Hess sont des rayons gamma
Etudes expérimentales avec de nouveaux instruments
–compteurs Geiger : W. Bothe, W. Kohlörsterles « rayons » portent une charge électrique matière
–chambres à brouillard : D. Skobeltzynpremiers clichés de traces matière
Les premières investigationsLes premières investigations
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Rayons gamma ou matière ?– 1925-1930 :
• Débat virulent entre Millikan et Compton• Compton envoie une soixantaine de chercheurs
dans le monde pour vérifier l’effet de latitude (effet du champ magnétique terrestre)
Les premières investigationsLes premières investigations
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Découverte du positron : antimatière !–1932 : C. Anderson découvre le positron = anti-
électron
–Prédit par Dirac en 1931
Des nouvelles particulesDes nouvelles particules
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Naissance de la physique des particules–Expériences installées en montagne–Analyse des traces observées
• nombreuses découvertes–1936 : muon –1947 : pions kaons…
Des nouvelles particulesDes nouvelles particules
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Les grandes gerbes atmosphériques
Les grandes gerbes atmosphériques
Découverte d’une « pluie » céleste• Un rayon cosmiques énergétique
pénètre dans l’atmosphère terrestre : Réaction en chaîne appelée
« gerbe atmosphérique ».
Gerbes atmosphériques découvertes par Pierre Auger en 1938, au Jungfraujoch
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Un premier bilanUn premier bilan
Différents types de radiation ont été observés
La terre est constamment bombardée de particules
De nombreuses techniques de production, et de détection de ces radiations et de ces particules sont mises au
point
La 2ème guerre mondiale met provisoirement ces recherches entre parenthèse en Europe
La physique nucléaire devient un enjeu stratégiquemajeur naissance de la physique des hautes
énergies auprès des accélérateurs 18Corinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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Deux découvertes majeuresDeux découvertes majeures
1966 : Découverte du fond diffus cosmologique–Rayonnement à 2,7°K–Penzias et Wilson
Étaye la théorie du « Big Bang »
19Corinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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Deux découvertes majeuresDeux découvertes majeures
1967 (1973) découverte des sursauts gamma–Satellites espions, surveillance des essais nucléaires–Découverte de bouffées de rayons gamma, provenant
de l’espace
–L’astronomie gamma est lancée !
20Corinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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AstroparticulesAstroparticules
Les rayons cosmiques ……. sont des particules ……
… émises par des astres…
L'astroparticule, ou "physique des astroparticules"est un nouveau domaine, à l’intersection de laphysique des particules, de l’astronomie et de lacosmologie
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Rayons cosmiques primaires–Particules chargées stables
~ composition de la matière dansle système solaire
- Photons (gamma)
- Neutrinos (particules « fantômes » )
Les voyageurs du cosmosLes voyageurs du cosmos
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Rayons cosmiques secondairesdes e±, ±, p, n, … créés dans
les couches supérieures de l’atmosphère
–Particule chargée la plus abondante au niveau de la mer : ±
• en moyenne 1 /cm2/mn.
Pendant cette conférence vous êtes la cible de plus de 100000 rayons cosmiques chargés
Particules crées dans l’atmosphèreParticules crées dans l’atmosphère
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Phénomènes astrophysiques plus ou moins violents
–réactions de fusion au coeur des étoiles–supernovae–collisions de galaxies
Supernova 1987A –image d’Hubble
Origine cosmique !Origine cosmique !
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Origine des cosmiques chargés : hypothétique
• Déviation faible • si la zone magnétique est pas trop grande et d’intensité
faible• si la particule a une énergie très élevée
Rayons gamma : pointage possible !
Proton, E→B
Rgyro
A la recherche des sourcesA la recherche des sources
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Identifier les accélérateurs cosmiques
Identifier les accélérateurs cosmiques
Production de gammas–Tout phénomène ou objet céleste impliquant les
particules en accélération émet à priori des rayons gamma
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SN 1006
Pulsar –Nebuleuse du crabe
M87
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Détecteurs dans l’espaceDétecteurs dans l’espace
Détection des gammas–Du Mev à ~ 300 GeV
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Integrall
FermilCorinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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Observatoires terrestresObservatoires terrestres
Gamma de très haute énergie–Rares, besoin de grande surface de détection
30Corinne Bérat CERN, 6 nov 2012
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Télescope H.E.S.S.Télescope H.E.S.S.
Observation des sources de gamma, E >10 GeV–En Namibie - phase I, 4 télescopes (2003) –H.E.S.S 2 : miroir de 28 m, le plus grand télescope
Cherenkov au monde
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32
Une autre perspective sur l’universUne autre perspective sur l’univers
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Une autre perspective sur l’universUne autre perspective sur l’univers
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Futur observatoireFutur observatoire
Cherenkov TelescopeArray
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