Codalema
La radio détection des rayons cosmiques

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Des antennes àl’écoute des rayons cosmiques

jeudi 16 novembre 2006

PowerPoint - 3.6 Mo
Poster (II) de présentation de CODALEMA.

Cet article a été réalisé àpartir d’un poster conçu par R.Dallier pour le grand public et sur lequel la vignette ci-contre pointe.

L’encart « Qu’est-ce qu’une onde électromagnétique  » provient des supports de la conférence « Nepal  » de l’IN2P3 : « Les rayons cosmiques  », élaborée par M. Boratav.

Une nouvelle méthode



Les rayons cosmiques les plus énergétiques pénètrent dans l’atmosphère terrestre : Ils y provoquent une réaction en chaîne appelée « gerbe atmosphérique  », constituée de milliards de particules chargées.

Or, dès lors qu’une charge électrique est en mouvement, elle crée une onde électromagnétique... qu’on doit pouvoir détecter avec les antennes appropriées !

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Simulation d’une gerbe de 10^19 eV
12 km de haut, 10 km2 de surface au sol,
100 milliards de particules secondaires

Qu’est-ce qu’une onde électromagnétique ?



Dès lors qu’une charge électrique est en mouvement, elle crée une onde électromagnétique. Tout phénomène cosmique violent est source d’ondes électromagnétiques détectables.

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Spectre électromagnétique en longueur d’onde.

Détection du champ électrique en radio



Les charges contenues dans la gerbe de particules secondaires génèrent une impulsion de champ électrique très brève (10 à500 nanosecondes) mesurable par des antennes radio décamétriques au sol

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Simulation de la tension attendue sur une antenne au passage d’une gerbe

Qu’est-ce que CODALEMA ?



En couplant la détection des particules chargées au sol et le signal recueilli par les antennes du réseau décamétrique de Nançay (DAM), CODALEMA permet d’obtenir des informations supplémentaires pour décrire la gerbe cosmique et remonter àla nature et l’origine de la particule primaire.



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Configuration prévue de CODALEMA. Aux 4 antennes des coins du réseau décamétrique vont être adjointes 7 autres antennes (2 sont déjàinstallées). Les détecteurs de particules sont des scintillateurs en plastique de 2.3 m2 chacun, couplés àdes photomultiplicateurs et placés dans des cabanes. Un traitement informatique important est nécessaire pour exploiter les données.

Qu’est-ce que mesure CODALEMA ?



Des signaux bruts où l’on ne voit « rien  »... ... aux signaux traités où l’impulsion apparaît !



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Les signaux des antennes tel qu’ils sont enregistrés



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Les signaux des antennes après un filtrage numérique en fréquence.

Comment localiser l’origine de ces ondes ?



A l’image d’une vague déferlant sur la plage, lorsqu’une onde radio arrive sur les antennes de CODALEMA, elle ne les touche pas toutes en même temps. Ceci dépend bien entendu de sa direction. Par exemple, si une gerbe cosmique tombe àproximité du champ d’antennes l’onde, venant du côté de la gerbe, sera plus horizontale que pour les gerbes arrivant verticalement sur l’instrument

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Les antennes du radiotélescope décamétrique (DAM)

Des sources en mouvement...



L’analyse des temps d’arrivée des signaux sur les antennes permet de reconstruire la direction d’arrivée de l’onde sur l’instrument. On peut ainsi placer un point sur la carte du ciel pour chaque événement enregistré, que ce soit une particule ou, comme sur la figure ci-contre, un objet volant non identifié...

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