Codalema
La radio détection des rayons cosmiques

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Vue d’ensemble

mardi 12 décembre 2006

L’ origine des rayons cosmiques d’ultra haute √©nergie (RCUHE) observ√©s au-dessus de 1019 eV reste un myst√®re et a motiv√© ces derni√®res ann√©es un grand nombre d’exp√©riences et de d√©veloppements th√©oriques en Astrophysique. Lorsque un rayon cosmique rentre dans l’atmosph√®re, il produit une cascade d’un tr√®s grand nombre de particules secondaires (plusieurs milliards) dont les rayonnements permettent de reconstruire la trace de la particule primaire, son √©nergie et sa direction d’arriv√©e.

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Antenne dipole de CODALEMA
Dipole actif tr√®s large bande utilis√© par l’exp√©rience CODALEMA. Sch√©ma de l’amplificateur ASIC (encart).

Bas√© sur une nouvelle approche de d√©tection des signaux radios √©mis par les gerbes atmoshp√©riques cr√©√©es par les RCUHE, l’exp√©rience CODALEMA est situ√©e sur le site du Radio Observatoire de Nan√ßay (Observatoire de Paris) en France. Ce site offre un tr√®s bon environnement √©lectromagn√©tique pour l’observation des signaux transitoires dans une large bande radio (1-200 MHz). L’√©tude fine du bruit radio et des possibilit√©s de filtrage num√©rique a permis de d√©velopper une proc√©dure d’identification de ces signaux rendant le dispositif sensible √ des amplitudes aussi petites que 1 microV/m/MHz. Cette sensibilit√©, qui n’est pas affect√©e par les fluctuations du nombre de particules comme peuvent l’√™tre les d√©tecteurs de particules, permet l’analyse d√©taill√©e des amplitudes du champ √©lectrique et de ses d√©pendances avec l’√©nergie et la nature du rayon cosmique incident. Un autre point important est que des signaux radios ont pu √™tre d√©tect√©s pour certains √©v√©nements √ plus de 600 m de l’impact de la gerbe au sol rendant possible, pour la premi√®re fois, l’√©tude du profil de champ radio √©lectrique associ√© aux gerbes atmosph√©rique √©v√©nement par √©v√©nement. Ces observations in√©dites sont directement reli√©es au d√©veloppement longitudinal de la gerbe et donc √ la nature et √ l’√©nergie du rayon cosmique incident.
De plus, les analyses ont √©tabli que les signaux transitoires observ√©s par chacune des antennes permettaient de d√©terminer la direction d’arriv√©e des rayons cosmique (avec une pr√©cision inf√©rieure au degr√©).

Dabord propos√© par Askar’yan [1] dans les ann√©es soixantes, la radiod√©tection a rapidement √©t√© abandonn√©e en raison des performances de l’√©lectronique disponible √ cette √©poque, qui malheureusement rendaient les mesures peu fiables. Nos r√©sultats r√©cents d√©montrent clairement l’int√©r√™t de reprendre compl√®tement l’√©tude de cette m√©thode de d√©tection. Les r√©sultats de CODALEMA indiquent que cette technique pourrait √™tre tout √ fait compl√©mentaire d’autres exp√©riences utilisant de grands r√©seaux de d√©tecteurs de particules au sol, tel l’Observatoire Pierre Auger.

Voici le contexte scientifique de la collaboration CODALEMA qui rassemble aujourd’hui :

- 3 laboratoires de l’ Institut National de Physique Nucl√©aire et de Physique des Particules(IN2P3) : SUBATECH/Nantes, LAL/Orsay et LPSC/Grenoble

- 3 laboratoires de l’Institut National des Sciences de l’Univers (INSU) : Observatoire de Nan√ßay, LESIA/Meudon et LAOB/Besan√ßon

- le LPCE/Orleans, laboratoire du CNRS et l’institut priv√© ESEO/Angers.


Notes

[1Soviet Physics,JETP 14 (1962) 441

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