Une pluie imperceptible de rayons cosmiques

Abondantes et imperceptibles, comme une tempête silencieuse, des millions de particules élémentaires nous tombent dessus à toute heure. Il n’y a pas de parapluie pour arrêter le torrent de neutrinos solaires qui traverse chaque centimètre carré de notre planète et de notre corps, comme des images spectrales d’eux-mêmes. D’en haut, le jour, et d’en bas, la nuit. L’énergie que la plupart d’entre eux transportent atteint à peine le millième de la masse d’un proton.

D’autres particules, en revanche, sont beaucoup plus énergétiques et viennent de beaucoup plus loin. Ils viennent d’autres galaxies après avoir parcouru le cosmos pendant des millions d’années.

Quand ils ont commencé leur voyage vers la Terre, il n’y avait pas d’êtres humains ici. Au cours de leurs déplacements, les différentes espèces se sont succédées et ont fini par procréer Un homme sage. Mais ce n’est que 1912 lorsqu’un spécimen de cette espèce est monté dans une montgolfière lors d’une éclipse totale et vérifié que les particules les plus énergétiques détectées venaient d’en haut, oui, mais pas du Soleil.

à l’abri de l’atmosphère

Au fil du temps, nous avons compris que certaines de ces particules avaient des énergies énormes, dix mille milliards de fois celles des neutrinos solaires. Un million de fois plus que les protons du plus grand accélérateur de particules au monde, le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Ils doivent avoir une charge électrique, sinon il serait inexplicable qu’il y ait un mécanisme qui puisse leur donner une telle impulsion. Et il s’agit très probablement de ceux qui sont stables et peuvent supporter intacts un si long voyage : protons ou noyaux de fer. Ces projectiles violents ne nous atteignent pas. L’atmosphère nous protège.

Lorsqu’une de ces particules pénètre dans l’atmosphère, elle emporte tout sur son passage. Il arrache des électrons aux atomes qui composent l’air et crée un effet domino qui se propage de la haute atmosphère à la surface de la Terre, s’élargissant en cours de route, comme une pluie.

Plus la particule est énergétique, plus la surface terrestre éclaboussé est grande. Les plus énergiques et donc énigmatiques peuvent éclabousser des surfaces de plusieurs kilomètres carrés.

Une particule par siècle

Nous pouvons voir les particules générées dans l’atmosphère à l’aide de chambres à brouillard, un appareil qui peut être assemblé à la maison avec un peu plus que de l’alcool et de la neige carbonique. Mais la seule façon de savoir que ceux-ci proviennent d’une seule particule extrêmement énergétique est de déployer des détecteurs sur de grandes surfaces.

Bien sûr : dans chaque kilomètre carré de la surface terrestre une de ces particules impacte… par siècle !

nous devons déployer détecteurs sur une centaine de kilomètres carrés si l’on veut en observer une par an, et trente-six fois plus de surface si l’impatience nous pousse à vouloir en observer une tous les dix jours.

Et c’est ce qui a été proposé James Cronin, lauréat du prix Nobel de physique en 1980 : à la tête de l’entreprise chimérique de détection et de caractérisation des particules les plus énergétiques, appelées, pour des raisons historiques, rayons cosmiques.

Mille six cent chars pour les traquer

Pour détecter les rayons cosmiques, plus de 1 600 réservoirs remplis de 12 tonnes d’eau pure ont dû être déployés sur 2 000 milles carrés.

Chaque détecteur devait embarquer une électronique sophistiquée qui lui permettrait non seulement de voir une particule de la chute d’eau mais aussi d’enregistrer le moment précis où elle a été observée. De plus, il devrait le communiquer à un ordinateur central qui peut discerner combien de détecteurs ont été éclaboussés par la douche et dans quel ordre chronologique. Tout cela, bien sûr, sans câbles : avec des cellules solaires et des antennes.

La liste des difficultés techniques qui menacent le fonctionnement d’un tel réseau de détecteurs est très longue. Mais à force d’ingéniosité et de détermination, à force de travail et de talent, il a été possible de déployer ce gigantesque laboratoire dont rêvait James Cronin. à Malargüe (Argentine), un territoire idéal pour être assez plat, se trouvant sous une atmosphère vierge et étant peu habité. Ce dernier était essentiel pour pouvoir déployer les chars sur une zone aussi vaste, formant un réseau ordonné dans lequel chaque paire est séparée par un kilomètre et demi de terrain rustique et difficilement praticable. Ainsi est né le Observatoire Pierre Auger.

Le travail d’esprit

L’énergie de la particule qui donne naissance à la gerbe, ce caillou caché dans la gerbe persistante de neutrinos, se reconnaît à deux manières très différentes: en le reconstituant, à partir de celui déposé dans chacune des cuves pulvérisées, ou par observation directe de la fluorescence Produit dans l’atmosphère par le passage de particules, lors de leur interaction avec l’azote de l’air.

Pour les observer, l’Observatoire Pierre Auger dispose de quatre détecteurs qui se dressent comme des sentinelles depuis de hauts promontoires sur le pourtour du terrain. Un système de miroirs focalise et collecte toute la lumière disponible. Lorsque les conditions atmosphériques le permettent, ces guetteurs sont capables de voir l’air s’illuminer comme une faible ampoule à incandescence à des dizaines de kilomètres.

Notre planète est un immense aimant, avec ses pôles, et les champs magnétiques sont omniprésents dans le voisinage galactique. Une particule chargée dévie sa course en présence de ces champs.plus sa vitesse est faible.

Lorsqu’on essaie d’utiliser la séquence dans laquelle les différents réservoirs détectent les particules qui plongent dans leur intérieur, pour déterminer la direction d’origine du galet d’origine, on est condamné par la sinuosité aléatoire de la trajectoire à laquelle le condamnent les champs magnétiques. A moins que l’énergie de la particule incidente soit si immense que l’effet de celles-ci soit négligeable.

Après deux décennies de balayage du ciel, l’Observatoire Pierre Auger a pu déterminer catégoriquement que ces rayons cosmiques de plus haute énergie proviennent d’autres galaxies. Messagers du cosmos, ils parcourent des distances astrales avant de rencontrer la densité de notre atmosphère et de libérer toute leur énergie, pulvérisant la surface de la Terre comme un arroseur fluorescent.

Nous avons reçu le message

La curiosité de notre espèce est sans limite. Dès que nous avons compris que la lumière est bien plus que ce que nous pouvons voir, nous nous sommes lancés dans l’aventure de fabriquer des yeux artificiels sensibles aux infrarouges et aux ultraviolets, aux ondes radio, aux micro-ondes, aux rayons X et aux rayons gamma. Et même immergé dans un vaste océan d’ondes électromagnétiques, le orvallo qui nous tombe dessus sans se mouiller.

Particules subatomiques, messagères du cosmos auxquelles la providence place une planète rocheuse sur le chemin qui interrompt brusquement son voyage. Ils ont la consolation de savoir que le voyage n’a pas été vain. Elle est habitée par des êtres indiscrets qui ont reçu le message, même s’il arrive subtilement crypté dans une pluie imperceptible.