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 énergie (RCUHE) observés au-dessus de 1019 eV reste un mystère et a motivé ces dernières années un grand nombre d’expériences et de développements théoriques en Astrophysique. Lorsque un rayon cosmique rentre dans l’atmosphère, il produit une cascade d’un très grand nombre de particules secondaires (plusieurs milliards) dont les rayonnements permettent de reconstruire la trace de la particule primaire, son énergie et sa direction d’arrivée.

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Antenne dipole de CODALEMA
Dipole actif très large bande utilisé par l’expérience CODALEMA. Schéma de l’amplificateur ASIC (encart).

Basé sur une nouvelle approche de détection des signaux radios émis par les gerbes atmoshpériques créées par les RCUHE, l’expérience CODALEMA est située sur le site du Radio Observatoire de Nançay (Observatoire de Paris) en France. Ce site offre un très bon environnement électromagnétique pour l’observation des signaux transitoires dans une large bande radio (1-200 MHz). L’étude fine du bruit radio et des possibilités de filtrage numérique a permis de développer une procédure d’identification de ces signaux rendant le dispositif sensible à des amplitudes aussi petites que 1 microV/m/MHz. Cette sensibilité, qui n’est pas affectée par les fluctuations du nombre de particules comme peuvent l’être les détecteurs de particules, permet l’analyse détaillée des amplitudes du champ électrique et de ses dépendances avec l’énergie et la nature du rayon cosmique incident. Un autre point important est que des signaux radios ont pu être détectés pour certains événements à plus de 600 m de l’impact de la gerbe au sol rendant possible, pour la première fois, l’étude du profil de champ radio électrique associé aux gerbes atmosphérique événement par événement. Ces observations inédites sont directement reliées au développement longitudinal de la gerbe et donc à la nature et à l’énergie du rayon cosmique incident.
De plus, les analyses ont établi que les signaux transitoires observés par chacune des antennes permettaient de déterminer la direction d’arrivée des rayons cosmique (avec une précision inférieure au degré).

Dabord proposé par Askar’yan [1] dans les années soixantes, la radiodétection a rapidement été abandonnée en raison des performances de l’électronique disponible à cette époque, qui malheureusement rendaient les mesures peu fiables. Nos résultats récents démontrent clairement l’intérêt de reprendre complètement l’étude de cette méthode de détection. Les résultats de CODALEMA indiquent que cette technique pourrait être tout à fait complémentaire d’autres expériences utilisant de grands réseaux de détecteurs 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 Nucléaire 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 Nançay, LESIA/Meudon et LAOB/Besançon

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


Notes

[1Soviet Physics,JETP 14 (1962) 441

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