Les rayons cosmiques : historique et enjeux actuels - IPN - IN2P3

3 Evolution des techniques de détection
Depuis la première découverte des rayons cosmiques, les techniques de
détection n’ont cessé de se développer, et les instruments dédiés aux rayons
cosmiques sont devenus de plus en plus perfectionnés, permettant des mesures
de plus en plus précises de leur énergie, masse et composition.
Les premières mesures des rayons cosmiques ont été des mesures directes en
altitude. Plus l’énergie augmente, plus les flux diminuent et comme on ne peut
pas augmenter infiniment les surfaces de détection, il devient impossible d’effectuer
des mesures directes au-delà de 10 15 eV. C’est grâce aux grandes gerbes
atmosphériques que l’on peut effectuer des mesures à plus haute énergie. En
fait, comme l’a compris très tôt Pierre Auger, le rayon cosmique initie par interaction
avec les atomes de l’atmosphère une gerbe dont le nombre de particules
et donc la taille croît avec l’énergie. Une gerbe de 10 20 eV engendre plus de 10 11
particules au sol et couvre plusieurs dizaines de km 2 offrant ainsi une immense
surface de détection. L’étude des caractéristiques des gerbes détectées permet
de remonter indirectement aux paramètres du rayon cosmique primaire. Il s’agit
alors de mesurer des gerbes de particules, le concept des détecteurs comme nous
le verrons est tout à fait différent.
Nous donnerons d’abord quelques exemples de l’évolution de la détection
directe des rayons cosmiques, puis nous donnerons un aperçu des techniques de
détection indirecte.
3.1 Techniques de détection directes
Pour augmenter les chances de détection directement des rayons cosmiques
primaires, il faut se placer le plus haut possible en altitude. Au début du siècle
dernier, les physiciens embarquaient avec leurs détecteurs en ballon et sont
même parvenus à des altitudes records de 16 km dans des cabines pressurisées.
Ces vols habités, extrêmement périlleux, ont été remplacés petit à petit dans
les années 40 par des ballons sondes, qui permettaient d’atteindre la haute atmosphère.
Les détecteurs les plus couramment utilisés dans ces vols étaient soit
de type ”enregistreurs”, comme les émulsions nucléaires, soit de type ”visuel”,
comme les chambres à brouillard, soit ”électronique” comme les compteurs
Geiger.
Les émulsions nucléaires, utilisées en couches multiples, d’épaisseur
éventuellement différentes, ont l’avantage de permettre des mesures précises de
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