Les pluies cosmiques révèlent la composition des rayons express
La nuit, au-dessus de la taïga sibérienne, une faible lueur bleue scintille parfois. Ce n'est pas une aurore boréale, mais une pluie cosmique : une particule venue du fin fond de l'espace percute l'atmosphère et se fragmente en des millions de particules secondaires. Elles foncent vers le sol en un front large, comme une onde provoquée par une pierre jetée dans l'eau, et font briller l'air.
Les installations «Tunka-133» et TAIGA-HiSCORE ont observé ces éclairs pendant sept ans. Des dizaines de capteurs, disséminés dans la taïga sur une superficie de plusieurs kilomètres carrés, captaient la lumière. La distance à laquelle la lumière est visible depuis l'axe de la pluie permet de déterminer l'énergie de la particule d'origine. Le nouveau paramètre Q100 — c'est la luminosité de la lumière à exactement cent mètres du centre. Il s'avère que grâce à lui, l'énergie est reconstituée plus précisément qu'avec les méthodes précédentes.
Les mesures ont montré : plus l'énergie est élevée, plus les particules sont lourdes en moyenne. Dans la gamme de 200 billions à 20 quadrillions d'électronvolts, la composition passe de protons légers à des noyaux de fer. C'est comme si, dans un flux de voitures, plus la vitesse augmente, plus on croisait de camions. Cette régularité aide à comprendre où et comment les accélérateurs cosmiques propulsent des particules à de telles énergies.
Désormais, les physiciens peuvent comparer plus précisément les résultats de différentes installations. Et donc — calculer plus fiablement quels « projectiles » nous parviennent des profondeurs du cosmos.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2208.01689
The corrected dependence of the mean depth of the EAS maximum $$X_{max}$$ on the energy was obtained from the data of the Tunka-133 array for 7 years and the TAIGA-HiSCORE array for 2 years. The parameter $$\langle\ln A\rangle$$, characterizing the mean mass compositon was derived from these results. The differential energy spectrum of primary cosmic rays in the energy range of $$2\cdot 10^{14}$$ - $$2\cdot 10^{16}$$\,eV was reconstructed using the new parameter $$Q_{100}$$ the Cherenkov light flux at the core distance 100 m.}
L'énergie de la particule la plus rapide jamais détectée est des millions de fois supérieure à celle des protons du Grand collisionneur de hadrons. Une telle particule transporte l'énergie d'une balle de golf en vol.