détection de rayons gamma

Les rayons gamma sont la lumière la plus énergétique de l'Univers. Mais une partie d'entre eux, d'énergie intermédiaire, est restée longtemps invisible : les instruments ne pouvaient pas les détecter, laissant un vide dans le ciel. Les scientifiques l'appellent le « vide du MeV », d'après l'unité d'énergie que portent ces rayons.

Un immense stade rempli de personnes vêtues de noir. Vous êtes à l'extérieur et tentez de deviner ce qui se passe à l'intérieur, sans voir personne. Mais si deux personnes se heurtent et échangent des maillots fluorescents, vous remarquerez un éclair de couleur.

Il y a un demi-siècle, Fritz Zwicky remarquait que la matière visible dans les amas de galaxies était dramatiquement insuffisante pour expliquer la gravitation.

Écouter l'espace, c'est s'armer de patience et affiner son oreille. Les astronomes ont choisi pour cela l'instrument basse fréquence le plus sensible : le réseau d'antennes OVRO-LWA – 352 antennes dipôles réparties sur deux kilomètres et demi dans le désert californien.

Une particule alpha est un noyau d'hélium émis lors de la désintégration d'atomes lourds. Lorsqu'elle frappe un cristal de nitrure de gallium, elle lui cède son énergie et génère une impulsion électrique. La hauteur de l'impulsion permet de connaître l'énergie de la particule.

Au cœur même de la Voie lactée, quelque chose émet continuellement une lueur gamma. Cette lumière est particulière : son énergie est exactement de 511 000 électronvolts. Une telle énergie apparaît lorsqu'un électron rencontre son antiparticule, le positron, et que les deux s'annihilent en laissant une bouffée de lumière.

Lorsqu'un faisceau d'ions carbone pénètre dans le corps, il ne libère pas son énergie immédiatement, mais au bout de son trajet, comme un coureur qui donne tout sur la ligne d'arrivée. Les médecins doivent connaître ce point d'arrivée pour ne pas endommager les tissus sains. Mais comment voir à l'intérieur du corps sans incision ?

Une balance avec des poids identiques, mais un plateau qui penche toujours. Dans le monde des particules élémentaires, ce déséquilibre s'appelle la violation de la symétrie CP : les particules et leurs jumeaux miroirs (les antiparticules) se comportent très légèrement différemment.

Le télescope Fermi a enregistré pendant 17 ans le rayonnement gamma des noyaux actifs de galaxies abritant des trous noirs géants en leur centre. La lueur de leurs jets évoque une cacophonie chaotique : elle varie sans cesse.

Un caillou jeté dans une mare crée des ondulations courbes, mais de loin elles paraissent droites. Les éclairs de rayons gamma d'un trou noir en évaporation se comportent de la même manière : une explosion lointaine envoie des ondes plates, tandis qu'une explosion proche arrive courbée.

La lumière d'un laser, c'est comme une rangée parfaitement alignée de soldats lors d'une parade : toutes les ondes oscillent dans un même plan. On dit d'une telle lumière qu'elle est polarisée.

Un sursaut gamma, c'est comme un coup de canon cosmique : un éclair bref mais éblouissant qui, pendant quelques secondes, éclipse une galaxie entière.

En octobre 2022, le cosmos a offert un feu d'artifice remarqué par tous les détecteurs sur Terre. L'explosion, baptisée GRB 221009A, était si brillante qu'on l'a surnommée « la plus brillante de l'histoire des observations ».

Un capteur de radiation en ville ressemble à un musicien de rue : il doit jouer juste, même quand ses doigts engourdissent par le froid ou que son instrument est chauffé par le soleil.

Dans les laboratoires souterrains où l'on cherche la matière noire ou la double désintégration sans neutrino, les détecteurs sont entourés de silence. Mais même dans ce silence, une poussière radioactive se dépose imperceptiblement sur leurs parois.

Les rayons gamma sont les éclairs de lumière les plus énergétiques qui naissent au cœur des atomes. Leur énergie est comme une empreinte digitale : chaque élément radioactif a son propre motif. Mais mesurer ce motif avec une grande précision, c'est comme peser un grain de sable sur une balance posée sur un camion qui vibre.

Dans un accélérateur de particules, les électrons filent en cercle à une vitesse proche de celle de la lumière. Quand un tel électron entre en collision avec un photon — une particule de lumière —, le photon rebondit comme une balle contre un camion lancé à toute allure et repart avec une énergie bien plus grande.

En 2017, les détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO et Virgo ont capté une ondulation de l'espace-temps provenant de la fusion de deux trous noirs à 540 mégaparsecs de nous. L'événement a été nommé GW170814.

Dans la nuit du 9 au 10 mars 2024, un nuage de plasma éjecté par le Soleil filait loin de l'astre. Il avait déjà dépassé une distance de cinq rayons solaires lorsque le réseau au sol de 352 antennes, dans la vallée Owens en Californie, a capté de lui un bref signal radio.

Détecter un émetteur quantique unique, c'est un peu comme accorder un piano dans un atelier où hurlent les machines : la note pure se noie dans le vacarme. Mais l'accordeur ne cherche pas à couvrir le bruit — il prend un diapason et écoute les battements. Ainsi, même un écho à peine audible devient évident.