Je suis issu de phénomènes cosmiques violents. Je génère du carbone 14 dans l’atmosphère. Je peux endommager des satellites artificiels. Je participe à la radioactivité naturelle. Je provoque des mutations génétiques. Qui suis-je ?
Félicitations à ceux qui ont répondu « rayon cosmique ». Un peu trompeuse puisqu’elle évoque un rayon de lumière, l’expression fait en réalité principalement référence à des particules subatomiques chargées électriquement comme des protons, des noyaux atomiques, des électrons ou encore des positons – les antiparticules des électrons –, qui portent une énergie parfois titanesque. Découverts en 1912 par l’Autrichien Victor Hess, ces rayons cosmiques défient toute croyance puisque les plus puissants d’entre eux, malgré leur taille plus que microscopique, peuvent transporter l’énergie d’une balle de fusil.
Dans une étude publiée lundi 25 novembre par la revue Lettres d’examen physiqueune équipe internationale annonce un nouveau record pour les rayons cosmiques électroniques, avec une énergie de 40 téraélectronvolts (TeV). Pour donner un ordre de grandeur, c’est dix mille milliards de fois plus que l’énergie transportée par un photon de lumière visible.
« Oh-My-God », particule invaincue
Ces électrons suralimentés ne sont pas nouveaux. Ils étaient cachés dans un immense ensemble de données enregistrées entre 2003 et 2015 par l’observatoire HESS (High Energy Stereoscopic System). Installé sur un plateau semi-désertique de Namibie et principalement visité par des antilopes, des autruches ou des babouins, HESS est composé de cinq télescopes, quatre de 12 mètres de diamètre disposés en carré et d’un grand télescope central de 28 mètres. Lorsqu’un rayon cosmique atteint l’atmosphère, ce qui arrive tout le temps, il interagit avec des atomes d’azote ou d’oxygène, ce qui provoque une pluie de milliards de particules auxquelles son énergie initiale est redistribuée. Lorsque ces « douches » atteignent le niveau du sol, elles « arrosent » l’équivalent d’un terrain de football pendant seulement un milliardième de seconde, mais HESS les capte à l’aide de caméras à haute vitesse.
Dans les mesures collectées, tous les rayons cosmiques, plus les rayons gamma, se mélangent. Souhaitant quantifier la part des électrons et des positrons dans ce lot, les membres de la collaboration HESS ont dû faire le tri. Comme l’explique Mathieu de Naurois, directeur de recherche au CNRS et co-auteur de l’étude, cette classification repose sur la forme des gerbes de particules : « Les cascades initiées par les électrons, les positons et les rayons gamma ont une forme relativement régulière, tandis que celles émises par les protons partent dans toutes les directions. »
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