Les rayons cosmiques

1. Les rayons cosmiques L’expérience Pierre Auger à l’APC Benoît Revenu, GReCO/APC

2. Plan • La physique des rayons cosmiques • L’observatoire Pierre Auger • Implication de l’APC • Physique • Technique • Perspectives

3. 2 1 particule/km /siècle 2nd Knee Spectre en énergie des rayons cosmiques • entre 1 GeV et 1 PeV : • origine galactique (SNR) • entre 1PeV et 10 EeV : • ??? • Au-delà de 10 EeV : • Origine inconnue • Probablement extra-galactique

4. Motivations • la nature des rayons cosmiques • hadrons ? Photons ? Neutrinos ? • leur lieu de production (source) • sources astrophysiques ? • leur énergie • quel mécanisme en est responsable ?

5. Nature des RC Profondeur de pénétration dans l’atmosphère simulations simulations

6. Trajectoire dans notre galaxie • Les protons sont piégés pour E~1018eV • Les protons se propagent en ligne droite pour E~1020eV E=1018eV E=1019eV E=1020eV

7. Les sources astrophysiques • il existe plusieurs accélérateurs astrophysiques atteignant1020 eV • Très difficile d’aller au-delà de 1020 eV Mécanisme de Fermi RC primaires : hadrons

8. 20 Record : 3,2 10 eV Super amas local Mais aucune source ! • Protons ~1020eV ne peuvent pas voyager sur plus de ~50Mpc La coupure GZK p +  (2.7oK)    p + ’s

9. Temps (sec) Temp. (oK) Energie (GeV) 10-45sec 1018 1030 10-40 1015 10-35 1025 10-30 1012 10-25 109 Rayons cosmiques 1020 10-20 1PeV 10-15 1TeV 1015 10-10 1GeV Accélérateur 10-5 1010 1MeV 1 105 sec 1KeV 1 year 105 103 1eV Télescope 106 10-3eV 109 year 1 Enjeux Mise en évidence de physique nouvelle ? RC primaires : photons, neutrinos

10. À ultra-haute énergie • AGASAvoit un excès au-delà de la coupure GZK ! • Hires semble voir la coupure GZK • Incompatibilité au niveau de la cheville?

11. Proton de 1019 eV Émission de fluorescence par N 2 10 km Détection hybride

12. 2 3 000 km L’observatoire Pierre Auger Détecteur hybride 1600 cuves Cerenkov 4 télescopes de fluorescence Maille de 1,5 km Réseau test de 42 cuves

14. 2001:2002 réseau test 40 cuvesinstallées,30 pleinement equipées ainsi que 2 caméras de fluorescence (2x30°)

15. PRÉPRODUCTION Principaux résultats de l’EA • validation des choix techniques • amélioration du design de la cuve • 40 000 événements à plus de 4 cuves • 78 événements hybrides (décembre 2001-avril 2002)

16. Statut actuel (30 novembre 2003) SD 111 cuves Plus grand réseau du monde FD • 2 tours de télécoms • 3/6 télescopes à Los Leones • 2/6 télescopes à Coihueco • 3ème bâtiment de • fluorescence en cours de • construction

17. Statut actuel (fin novembre 2003) • 72 % des événements à plus de 10 cuves sont arrivés après mars 2003 19 • Nouveau record : 26 cuves touchées le 14/11/03 (2.10 eV)

18. 37 km !!!! • 01/12/03 : 15 cuves a 40 degrés ! (5.10 eV) • 25/10/03 : premier événement en stéréo !!! 19 Statut actuel (fin novembre 2003) Los Leones 5 Coihueco 3 Direction et impact : très bon accord Énergie : pas encore ça !

19. L’observatoire Pierre Auger à l’APC IN2P3 : LAL, LPNHE, IPN, PCC, le CC est un site miroir des données INSU : Observatoire de Besançon + 1 AI au PCC en décembre partiellement sur Auger ~ 30 voyages par an entre 8 et 15 jours

20. Activités du laboratoire (physique) • Conception et réalisation du programme d’analyse officiel de reconstruction (Olivier Deligny, Jacob Lamblin, Fabrice Écaille, BR) • nouveaux algorithmes d’analyse (nous tous…) • Nouvel estimateur de la nature et de l’énergie (fonction hypergéometrique) • (thèse de Fabrice Cohen) • Détermination de la nature du RC primaire • (thèse de Gilles Maurin, Jacob Lamblin, • Fabrice Cohen,Cyril Lachaud) • Étude des gerbes horizontales • (Olivier Deligny)

21. Activités du laboratoire (physique) • Propagation des rayons cosmiques dans les champs magnétiques galactiques • et extra-galactiques (Eric Armengaud, Guenter Sigl) • Étude des anisotropies Corrélation avec des catalogues d’objets Autocorrélation (multiplets ?) Fabrication de cartes du ciel (Tristan Beau, Olivier Deligny, Cyril Lachaud, Eric Armengaud, BR, LPNHE)

22. Activités du laboratoire (physique) • Estimation de l’acceptance du • réseau de surface (Tristan Beau) • Simulation de l’accélération des rayons • cosmiques dans un milieu ultra-relativiste • choqué (avec fluctuations anisotropes) • (Martin Lemoine-GReCO, BR) • modèles spéculatifs Top-Down • (Günter Sigl)

23. Activités du laboratoire (physique) Monitoring des stations (Cyril Lachaud) : surveillance générale d’Auger

24. http://cdfpaod.in2p3.fr

25. Activités du laboratoire (technique) • responsabilité : conception, réalisation, tests de l’électronique • des détecteurs de surface et de tout le soft d’acquisition calibration Triggers (soft) Télécoms (soft) Time tagging (Besançon) tout a été validé lors de la période de fonctionnement de l’EA

26. Activités du laboratoire (technique) Réalisation d’un ASIC Time Tagging : dans la carte unifiée (JJ. Jaeger, J. Waisbard) • succès dans l’EA Passage à la production ASIC TTAG (PCC-CdF) Carte unifiée Actuellement : 30 cuves EA + 81 cuves de production 238 cuves dans la Pampa

27. Activités du laboratoire (technique) Pour la carte unifiée : Appel d’offres sur le marché européen, en juillet 2002 (LST) Au total : 1830 UB en plusieurs séries • 10 cartes au 01/04/2003 (dont 5 à Malargüe) • 120 cartes au 01/08/2003 (dont 108 à Malargüe) Sur les 113 à Malargüe, 36 sont dans la Pampa, les autres sont en attente de FE et de TPCB • 300 cartes en cours de fabrication, livraison en 12/2003, • envoi à Malargüe en 01/2004

28. Le futur Tout dépend du site Auger Nord Si le site nord se fait, Travail mené à bien pour le site Sud : proposition pour le site Nord (Utah ou Colorado) Design électronique revu de fond en comble, électronique nouvelle État actuel : groupes de réflexion, attente des résultats d’Auger Sud avant d’aller plus loin