Une chute ou un changement brusque dans le spectre d'énergie des rayons cosmiques à une énergie spécifique, ici autour de 3 PeV.Le « genou » désigne un changement brusque dans le spectre d'énergie des rayons cosmiques, plus précisément un raidissement du spectre autour de 3 PeV (pétaélectronvolts), connu sous le nom de « genou ». En dessous de cette énergie, le flux de rayons cosmiques décroît selon une loi de puissance, mais au-delà, la décroissance devient plus raide. Cette caractéristique indique un changement dans les sources ou les mécanismes de propagation des rayons cosmiques, marquant vraisemblablement l'énergie maximale à laquelle les restes de supernovae peuvent accélérer les particules. Le genou est une contrainte observationnelle clé pour les modèles d'accélération des rayons cosmiques galactiques.
Le genou a été découvert pour la première fois en 1958 par le physicien italien Giuseppe Cocconi et ses collègues, qui ont analysé des données de grandes gerbes atmosphériques. Son origine précise reste un domaine de recherche actif, avec de multiples expériences comme KASCADE et IceTop contribuant à sa caractérisation.
Les rayons cosmiques sont des particules chargées, principalement des protons et des noyaux plus lourds, accélérés par des ondes de choc dans les restes de supernovae. L'énergie maximale qu'une particule peut atteindre dépend de l'intensité du champ magnétique et de la taille de la région d'accélération. Pour les protons, cette limite est d'environ 3 PeV, de sorte que le genou est interprété comme le point où la contribution des sources galactiques commence à décliner. Les noyaux plus lourds, ayant des charges plus élevées, peuvent atteindre des énergies plus grandes, de sorte que le genou est en réalité une superposition de genoux pour différents éléments, comme le confirment des mesures récentes montrant que le spectre se brise à des énergies proportionnelles à la charge nucléaire.
Comprendre le genou aide à calibrer les détecteurs de rayons cosmiques et améliore les modèles de propagation des rayons cosmiques galactiques, ce qui est essentiel pour évaluer les risques de radiation pour les astronautes et les satellites.
Le genou n'est pas une caractéristique unique et nette, mais une série de ruptures, une pour chaque espèce nucléaire, l'énergie de rupture variant linéairement avec le numéro atomique Z, de sorte que les noyaux de fer présentent un genou à une énergie environ 26 fois supérieure à celle des protons.
