{"id":120078,"date":"2013-06-04T17:15:55","date_gmt":"2013-06-04T20:15:55","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=120078"},"modified":"2013-06-04T17:26:58","modified_gmt":"2013-06-04T20:26:58","slug":"le-long-voyage-des-rayons-cosmiques","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/le-long-voyage-des-rayons-cosmiques\/","title":{"rendered":"Le long voyage des rayons cosmiques"},"content":{"rendered":"

Publi\u00e9 en d\u00e9cembre 2007<\/em><\/p>\n

Le doute qui planait jusqu\u2019\u00e0 pr\u00e9sent sur les rayons cosmiques a peut-\u00eatre \u00e9t\u00e9 r\u00e9solu. Il y a pr\u00e8s de 70 ans, le physicien fran\u00e7ais Pierre Auger a identifi\u00e9 les particules les plus \u00e9nerg\u00e9tiques de l\u2019Univers qui, lorsqu\u2019elles entrent en collision avec l\u2019atmosph\u00e8re terrestre, se d\u00e9sint\u00e8grent en milliards d\u2019autres. Mais deux \u00e9l\u00e9ments d\u2019apparence simples \u00e9taient rest\u00e9s sans r\u00e9ponse : la provenance de ces rayons et ce qu\u2019ils sont exactement. Actuellement, une \u00e9quipe de 370 chercheurs de 17 pays \u2013 dont le Br\u00e9sil \u2013 est en mesure de r\u00e9pondre \u00e0 la premi\u00e8re question (la seconde reste encore en suspens). Comme l\u2019indique l\u2019article paru dans la revue Science du 9 novembre, les rayons cosmiques les plus \u00e9nerg\u00e9tiques doivent se former \u00e0 proximit\u00e9 de trous noirs \u2013 gouffres de mati\u00e8re et d\u2019\u00e9nergie \u2013 rencontr\u00e9s sur les noyaux galactiques actifs proches de notre propre galaxie, la Voie Lact\u00e9e.<\/p>\n

Les rayons cosmiques d\u2019ultra-haute \u00e9nergie naissent au milieu d\u2019un m\u00e9lange de particules \u00e9lectriquement charg\u00e9es lib\u00e9r\u00e9es par les trous noirs les plus actifs qui ont absorb\u00e9 en grande quantit\u00e9 des gaz, de la poussi\u00e8re cosmique et des \u00e9toiles. Cette situation dantesque se passe sur des galaxies actives comme la galaxie Centaure A (la plus proche, situ\u00e9e \u00e0 12 millions d\u2019ann\u00e9es-lumi\u00e8re de la Voie Lact\u00e9e) ou sur d\u2019autres qui peuvent se trouver jusqu\u2019\u00e0 300 millions d\u2019ann\u00e9es-lumi\u00e8re \u2013 une distance relative quand l\u2019on sait que l\u2019Univers s\u2019\u00e9tend sur 13 milliards d\u2019ann\u00e9es-lumi\u00e8re. Les rayons cosmiques les plus \u00e9nerg\u00e9tiques qui atteignent aujourd\u2019hui la Terre peuvent s\u2019\u00eatre form\u00e9s \u00e0 la veille de la gigantesque extinction qui a fait dispara\u00eetre 95 % des formes de vie sur notre plan\u00e8te (il y a 250 millions d\u2019ann\u00e9e), ou alors quand sont apparus les dinosaures (il y a pr\u00e8s de 230 millions d\u2019ann\u00e9es).<\/p>\n

Les physiciens de ce domaine s\u2019int\u00e9ressent peu aux rayons cosmiques de basse \u00e9nergie. Ils sont plus ordinaires et d\u2019origine encore plus incertaine, m\u00eame s\u2019ils peuvent interrompre la conversation sur un t\u00e9l\u00e9phone portable ou le film qui passe \u00e0 la t\u00e9l\u00e9vision quand ils se forment dans des explosions solaires plus intenses. Les rayons de ultra-haute \u00e9nergie sont plus int\u00e9ressants pour trois raisons : premi\u00e8rement, ils sont charg\u00e9s d\u2019une \u00e9nergie quasiment inconcevable, jusqu\u2019\u00e0 60 x 1018 \u00e9lectron-volts (1 \u00e9lectron-volt, ou unit\u00e9 d\u2019\u00e9nergie des particules, correspond \u00e0 l\u2019\u00e9nergie de l\u2019\u00e9lectron, la plus petite particule \u00e9l\u00e9mentaire). Deuxi\u00e8mement, ils sont tr\u00e8s rares : un seul atteint la Terre par si\u00e8cle et par kilom\u00e8tre carr\u00e9 (si le nom de ces particules sugg\u00e8re qu\u2019elles arrivent en faisceau, elles sont en r\u00e9alit\u00e9 des voyageuses solitaires). Troisi\u00e8mement, ils peuvent permettre de voir le ciel d\u2019une autre mani\u00e8re.<\/p>\n

D\u2019apr\u00e8s Carlos Escobar, physicien, professeur de l\u2019Universit\u00e9 d\u2019\u00e9tat de Campinas (Unicamp) et coordinateur de l\u2019\u00e9quipe br\u00e9silienne, \u00ab cet article de la revue Science ouvre aussi la voie \u00e0 des \u00e9tudes sur les objets c\u00e9lestes du point de vue des rayons cosmiques \u00bb. Depuis Galil\u00e9e, les astrophysiciens ne se basaient que sur la lumi\u00e8re \u2013 d\u2019abord seulement la lumi\u00e8re visible puis sur des longueurs d\u2019onde vari\u00e9e, de l\u2019infrarouge jusqu\u2019aux rayons gamma \u2013 pour observer l\u2019Univers. Les rayons cosmiques pourraient aider \u00e0 \u00e9tudier dans un premier temps les ph\u00e9nom\u00e8nes qui se produisent sur les centaines de galaxies actives, dont les noyaux \u00e9mettent une quantit\u00e9 d\u2019\u00e9nergie mille fois sup\u00e9rieure \u00e0 celle produite dans toute la Voie Lact\u00e9e. Les noyaux de ces galaxies abritent tr\u00e8s souvent des trous noirs de grande masse (des millions de fois sup\u00e9rieure \u00e0 celle du Soleil), qui absorbent tout ce qui se trouve aux alentours. Les rayons cosmiques d\u2019ultra-haute \u00e9nergie sont le fruit de cette voracit\u00e9 insatiable, un peu comme les miettes d\u2019un pain mang\u00e9 \u00e0 la va-vite, avant d\u2019\u00eatre propuls\u00e9s par les turbulences des champs magn\u00e9tiques de l\u2019espace.<\/p>\n

Dans un travail publi\u00e9 r\u00e9cemment dans Nature, des physiciens du Japon, d\u2019Irlande, d\u2019Allemagne et des \u00c9tats-Unis ont signal\u00e9 que les rayons cosmiques d\u2019une \u00e9nergie 10 000 fois plus basse que ceux pr\u00e9sent\u00e9s dans Science pouvaient \u00eatre acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s par des explosions connues sous le nom d\u2019\u00e9toiles supernovas, capables de lib\u00e9rer en peu de temps la m\u00eame \u00e9nergie \u00e9mise par le Soleil en 10 billions d\u2019ann\u00e9es. Cette \u00e9tude a confirm\u00e9 un ph\u00e9nom\u00e8ne pr\u00e9vu il y a plusieurs d\u00e9cennies par le physicien italien Enrico Fermi, mais qui ne r\u00e9pondait pas \u00e0 la question de la provenance de ces particules.<\/p>\n

L\u2019\u00e9quipe dont le Br\u00e9sil a fait partie a r\u00e9ussi \u00e0 d\u00e9couvrir l\u2019origine des rayons cosmiques les plus \u00e9nerg\u00e9tiques gr\u00e2ce au monumental Observatoire de Rayons Cosmiques Pierre Auger. L\u2019observatoire s\u2019\u00e9tend sur 3 000 km\u00b2, soit le double de la ville de S\u00e3o Paulo, dans une r\u00e9gion semi-d\u00e9sertique \u00e0 l\u2019ouest de l\u2019Argentine, pr\u00e8s de la ville de Malarg\u00fce (20 000 habitants). Aujourd\u2019hui consid\u00e9r\u00e9 comme le plus grand observatoire mondial en la mati\u00e8re, il a \u00e9t\u00e9 imagin\u00e9 en 1992 par le physicien nord-am\u00e9ricain James Cronin, professeur de l\u2019Universit\u00e9 de Chicago laur\u00e9at du prix Nobel de Physique en 1980, et par l\u2019\u00e9cossais Alan Watson, de l\u2019Universit\u00e9 de Leeds (Angleterre). Devant la n\u00e9cessit\u00e9 d\u2019une coop\u00e9ration internationale au vu des proportions que prenait le projet initial, ils invit\u00e8rent quelques coll\u00e8gues int\u00e9ress\u00e9s et chevronn\u00e9s dans le domaine de la physique nucl\u00e9aire \u00e0 se joindre \u00e0 eux pour en discuter en juin 1995. L\u2019un des participants \u00e9tait le physicien Escobar, \u00e0 l\u2019\u00e9poque professeur de l\u2019Universit\u00e9 de S\u00e3o Paulo (USP).<\/p>\n

Lors d\u2019une r\u00e9union qui s\u2019est tenue au si\u00e8ge parisien de l\u2019Unesco en novembre 1995, Escobar, Ronald Shellard (Centre Br\u00e9silien de Recherches Physiques, CBRF), Armando Turtelli (Unicamp) et les Argentins Alberto Etchegoyen et Alberto Filevivch ont ardemment soutenu la possibilit\u00e9 de construire le nouvel observatoire en Argentine. \u00ab Ce fut un moment crucial \u00bb, raconte le physicien Marcelo Leigui, alors participant \u00e0 la recherche dans le cadre de son post-doctorat (Unicamp) et aujourd\u2019hui professeur de l\u2019Universit\u00e9 F\u00e9d\u00e9rale de l\u2019ABC (UFBAC). \u00ab La participation br\u00e9silienne aurait \u00e9t\u00e9 plus faible si l\u2019Afrique du Sud ou l\u2019Australie, les deux autres pays candidats, avaient \u00e9t\u00e9 choisis \u00bb. Officialis\u00e9e le 17 juillet 2000 \u00e0 l\u2019Unicamp, la participation br\u00e9silienne s\u2019est traduite par des investissements de pr\u00e8s de 4 millions de dollars, sous la forme d\u2019\u00e9quipements achet\u00e9s \u00e0 des industries br\u00e9siliennes, de bourses de 3e cycle universitaire et de frais de voyage.<\/p>\n

Les lecteurs de la revue ont pu accompagner les principaux moments de la construction lente et laborieuse de l\u2019observatoire Pierre Auger. En ao\u00fbt 2000, l\u2019article principal de la revue Pesquisa FAPESP r\u00e9v\u00e9lait d\u00e9j\u00e0 les coulisses des n\u00e9gociations et le d\u00e9but de la construction. En avril 2002, un autre article d\u00e9crivait la cadence des travaux : \u00ab \u00c0 ce moment, dans un lieu qui rappelle tr\u00e8s souvent la complexit\u00e9 d\u2019une navette spatiale et la puissante structure d\u2019une centrale hydro\u00e9lectrique, des dizaines d\u2019ouvriers, de techniciens et de chercheurs travaillent intens\u00e9ment au montage des \u00e9quipements de mesure des rayons cosmiques \u00bb.<\/p>\n

40 des 1 600 d\u00e9tecteurs de surface Cerenkov \u00e9taient d\u00e9j\u00e0 op\u00e9rationnels. Ces cuves, remplies de 11 000 litres d\u2019eau ultra pure, captent le rayonnement bleut\u00e9 produit quand un rayon cosmique entre en collision avec l\u2019eau. Elles fonctionnent conjointement avec 24 t\u00e9lescopes \u00e0 fluorescence, qui enregistrent la lumi\u00e8re produite lorsque les rayons cosmiques se heurtent \u00e0 l\u2019atmosph\u00e8re. L\u2019observatoire Pierre Auger a \u00e9t\u00e9 le premier \u00e0 int\u00e9grer les deux m\u00e9thodes d\u2019observation, jusqu\u2019alors utilis\u00e9es isol\u00e9ment dans des observatoires am\u00e9ricains et japonais plus petits.<\/p>\n

L\u2019ing\u00e9niosit\u00e9 de cette construction, d\u00e9j\u00e0 relat\u00e9e dans un reportage d\u2019ao\u00fbt 2003, est \u00e9galement le fruit de la collaboration d\u2019entreprises de 19 pays. Du Br\u00e9sil ont particip\u00e9 : Alpina et Rotoplastyc, qui ont fabriqu\u00e9 les cuves Cerenkov ; Schwantz, pour les lentilles correctrices des t\u00e9lescopes ; Moura, pour les batteries des panneaux solaires des d\u00e9tecteurs de surface. Le physicien Vitor de Souza raconte qu\u2019il a appris \u00ab \u00e0 d\u00e9passer les barri\u00e8res de l\u2019entendement entre la pens\u00e9e universitaire et la pens\u00e9e industrielle \u00bb au fur et \u00e0 mesure qu\u2019il participait \u00e0 la construction et \u00e0 l\u2019installation des \u00e9quipements.<\/p>\n

La revue Pesquisa FAPESP a \u00e9galement accompagn\u00e9 l\u2019arriv\u00e9e des rayons cosmiques. Un article d\u2019octobre 2005 faisait \u00e9tat de l\u2019enregistrement de 3 000 particules, dont 20 \u00e9taient pr\u00e9cieuses parce que situ\u00e9es dans le faisceau d\u2019\u00e9nergie le plus \u00e9lev\u00e9. Cette ann\u00e9e, les physiciens ont r\u00e9uni les 27 particules d\u2019une \u00e9nergie sup\u00e9rieure \u00e0 57 x 1018 \u00e9lectron-volts enregistr\u00e9es entre 2004 et 2007, et ils ont constat\u00e9 qu\u2019elles provenaient d\u2019endroits sp\u00e9cifiques, li\u00e9s aux noyaux galactiques actifs proches de la Voie Lact\u00e9e. L\u2019hypoth\u00e8se selon laquelle elles viendraient de la propre Voie Lact\u00e9e ou de r\u00e9gions plus distantes (dans ce cas elles se r\u00e9partiraient de mani\u00e8re homog\u00e8ne dans le ciel au lieu de se regrouper conform\u00e9ment aux origines probables) a \u00e9t\u00e9 \u00e9cart\u00e9e.<\/p>\n

D\u2019apr\u00e8s Escobar, \u00ab nous avons montr\u00e9 qu\u2019il est possible de mener un projet de grande ampleur avec un budget inf\u00e9rieur \u00e0 celui pr\u00e9vu initialement \u00bb. Les investissements des 17 pays ont \u00e9t\u00e9 de 54 millions de dollars, soit 6 millions de moins que ce qui \u00e9tait pr\u00e9vu et malgr\u00e9 les impr\u00e9vus de toute sorte. \u00ab Nous avons beaucoup appris en termes de gestion de projets \u00bb. Les Br\u00e9siliens ont eux aussi r\u00e9duit les d\u00e9penses. Il y a deux ans, Escobar a notamment d\u00e9cid\u00e9 que tous les membres de l\u2019\u00e9quipe br\u00e9silienne cesseraient de prendre deux avions pour se rendre \u00e0 l\u2019observatoire Pierre Auger. D\u00e9sormais, ils prennent un avion jusqu\u2019\u00e0 Buenos Aires puis un bus pour Malarg\u00fce, l\u2019\u00e9quivalent de 16 heures de voyage.<\/p>\n

\u00ab Outre la connaissance acquise, nous apprenons \u00e0 cohabiter avec diff\u00e9rents rythmes et formes de travail \u00bb, observe S\u00e9rgio Carmelo Barroso. Aujourd\u2019hui professeur de l\u2019Universit\u00e9 d\u2019\u00e9tat du Sud-Ouest de Bahia (UESB), il s\u2019est rendu dix fois sur place en un an pour monter et tester les \u00e9quipements. Et Souza d\u2019ajouter : \u00ab J\u2019ai appris comment on projette, construit et teste un \u00e9quipement, comment on analyse les donn\u00e9es et finalement comment sont extraits les r\u00e9sultats scientifiques importants \u00bb. Ce dernier travaille depuis janvier dernier \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 allemande de Karlsruhe.<\/p>\n

\u00ab Nous n\u2019avons pas encore atteint nos objectifs \u00bb, s\u2019inqui\u00e8te Leigui. Il faut encore confirmer si les rayons cosmiques de ultra-haute \u00e9nergie sont vraiment des protons (un des composants du noyau atomique, presque 2 000 fois sup\u00e9rieur aux \u00e9lectrons) ou des noyaux d\u2019oxyg\u00e8ne, de carbone ou d\u2019autre chose. \u00ab Nos r\u00e9sultats corroborent l\u2019id\u00e9e que les rayons cosmiques sont r\u00e9ellement des protons, de faible charge \u00e9lectrique \u00bb, affirme Escobar. Avec ce travail, les physiciens testent la validit\u00e9 de certaines th\u00e9ories. En arrivant sur la Terre, Les rayons cosmiques pourraient pr\u00e9senter une limite maximale d\u2019\u00e9nergie, ladite coupure GZK, proche de 60 x 1018 \u00e9lectron-volts, mais il faut encore confirmer cette donn\u00e9e. Selon Escobar, le seul fait d\u2019avoir obtenu des corr\u00e9lations avec des objets extragalactiques proches indique d\u00e9j\u00e0 que la coupure GZK fonctionne.<\/p>\n

Comme la fin d\u2019un voyage peut marquer le d\u00e9but d\u2019autres encore plus longs, l\u2019\u00e9quipe de l\u2019observatoire Auger pr\u00e9voit \u00e9galement de construire aux \u00c9tats-Unis une version similaire de l\u2019observatoire argentin, qui pourra r\u00e9v\u00e9ler d\u2019autres secrets du ciel de l\u2019h\u00e9misph\u00e8re nord. D\u00e8s qu\u2019il entrera en fonctionnement, certes, c\u2019est-\u00e0-dire d\u2019ici \u00e0 une dizaine d\u2019ann\u00e9es au moins.<\/p>\n

Les rayons perdentde l\u2019\u00e9nergie avant d\u2019atteindre la Terre
\n<\/strong><\/em>En 2008, les physiciens de l\u2019Observatoire Pierre Auger ont montr\u00e9 que les rayons cosmiques perdaient de l\u2019\u00e9nergie avant d\u2019atteindre la Terre, en raison de leur interaction avec le rayonnement cosmique de fond \u2013 un r\u00e9sidu du Big Bang, la premi\u00e8re explosion produite par l\u2019Univers il y a 13,7 milliards d\u2019ann\u00e9es. Dans un article de la revue scientifi que Physical Review Letters du 8 ao\u00fbt, les chercheurs ont pratiquement confirm\u00e9 l\u2019existence de ladite coupure GZK. Selon cette th\u00e9orie, en arrivant sur Terre les rayons cosmiques peuvent pr\u00e9senter une limite maximale d\u2019\u00e9nergie d\u2019environ 5 x 1019 \u00e9lectron-volts (eV).
\nLes rayons d\u2019une \u00e9nergie sup\u00e9rieure \u00e0 cette valeur deviennent moins puissants avant d\u2019arriver sur terre \u00e0 cause de l\u2019action du rayonnement cosmique. Ces donn\u00e9es sont le r\u00e9sultat des mesures effectu\u00e9es par l\u2019\u00e9quipe de l\u2019observatoire, qui a enregistr\u00e9 tr\u00e8s peu d\u2019\u00e9v\u00e9nements avec une \u00e9nergie sup\u00e9rieure \u00e0 5,8 x 1019 eV.<\/p>\n

LE PROJET <\/strong>Observatoire Pierre Auger MODALIT\u00c9<\/strong> Projet th\u00e9matique COORDONNATEUR<\/strong> CARLOS OUR\u00cdVIO ESCOBAR \u2013 Unicamp INVESTISSEMENT<\/strong> R$ 6.034.341,71 (FAPESP)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Le long voyage des rayons cosmiques","protected":false},"author":17,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[1180],"tags":[],"coauthors":[5968],"class_list":["post-120078","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-sciences"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/120078","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/17"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=120078"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/120078\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=120078"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=120078"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=120078"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=120078"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}