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D'où viennent les noyaux atomiques les plus énergiques de l'Univers?

Le projet Pierre Auger, qui vise à découvrir d'où viennent les noyaux atomiques les plus énergiques de l'Univers, a été l'objet d'accords internationaux de base signés ce mois-ci à Mendoza, en Argentine.

Quelque 19 nations avec 53 instituts de recherche participent à ce proje...
Le projet Pierre Auger, qui vise à découvrir d'où viennent les noyaux atomiques les plus énergiques de l'Univers, a été l'objet d'accords internationaux de base signés ce mois-ci à Mendoza, en Argentine.

Quelque 19 nations avec 53 instituts de recherche participent à ce projet, qui est soutenu par l'UNESCO et a reçu le nom du physicien français qui a été le premier à décrire le bombardement constant de la Terre par des noyaux atomiques provenant de l'Univers. L'énergie de ces particules va de valeurs très petites à des énergies qui sont une centaine de millions de fois supérieures à celles disponibles dans nos accélérateurs de particules (par exemple au CERN à Genève ou au DESY à Hambourg). Ces particules ne devraient même pas parvenir jusqu'à la Terre, étant donné qu'elles sont rapidement décélérées à des faibles énergies dans l'Univers. Selon les astronomes, il n'y a pas d'objets connus jusqu'à cette "distance de rupture" (trous noirs, quasars) qui sont capables de produire des noyaux atomiques ayant une énergie aussi élevée. Les grandes questions de l'astrophysique moderne sont donc: "Pourquoi ces particules peuvent-elles être mesurées sur Terre?" et "Où ces particules sont-elles produites?".

L'idée de base qui sous-tend le projet Pierre Auger a été développée au début des années 90 par James Cronin, lauréat américain du prix Nobel, et débattue en profondeur avec les scientifiques et les décideurs depuis lors. Après avoir longtemps cherché, les scientifiques ont identifié les pampas peu peuplées de l'Argentine comme un site approprié. Le projet est soutenu par le gouvernement argentin, qui contribue au financement de la coopération scientifique à long terme à l'échelle mondiale.

C'est là où le projet Pierre Auger commence. Sur une superficie totale de 3 200 km2, environ 9 000 gerbes cosmiques d'énergies supérieures à 10(puissance 19) eV et moins de 100 gerbes d'énergies supérieures à 10(puissance 20) eV sont attendues au cours des trois années à venir.

La taille du projet a obligé les chercheurs à choisir des détecteurs peu coûteux et fiables. Environ 1 600 réservoirs d'eau de 3,4 m de diamètre et de 1,2 m de haut sont disposés selon un quadrillage, avec un espacement de 1,5 km, sur la pampa près de Mendoza, en Argentine. Chaque réservoir est équipé de trois photomultiplicateurs mesurant le rayonnement Cerenkov provoqué par les gerbes de particules incidentes. Les gerbes se composent de 10 milliards de particules et produiront des signaux simultanés dans une dizaine de réservoirs. Des détecteurs à fluorescence seront installés à trois endroits autour du bord et un au centre du champ des détecteurs pour observer l'atmosphère au-dessus du champ de mesure et la "trace lumineuse" des gerbes de particules. Les données réunies permettront aux chercheurs de déterminer avec une précision satisfaisante la direction, l'énergie et la masse des particules primaires.

Les travaux de recherche font intervenir une collaboration internationale entre l'Argentine, le Brésil, la France, la Grande-Bretagne, le Mexique et les Etats-Unis, chargés du fonctionnement du détecteur de gerbes, et l'Allemagne et l'Italie qui fourniront principalement les détecteurs à fluorescence.