L'énergie d'une particule divisée par sa charge, déterminant sa courbure dans un champ magnétique.La rigidité est une propriété d'une particule chargée qui détermine à quel point sa trajectoire se courbe dans un champ magnétique. Elle est définie comme l'impulsion de la particule divisée par sa charge, et elle constitue une grandeur plus fondamentale que l'impulsion seule, car elle contrôle directement le rayon de courbure dans un champ magnétique donné. En astrophysique et en physique des accélérateurs, la rigidité est souvent utilisée pour décrire les rayons cosmiques et les faisceaux de particules, car elle indique avec quelle facilité un champ magnétique peut les guider ou les confiner.
Le concept de rigidité magnétique est utilisé depuis les débuts de la physique des particules et de la recherche sur les rayons cosmiques au XXe siècle, avec des travaux fondateurs de scientifiques comme Ernest Rutherford, puis de pionniers des rayons cosmiques tels que Bruno Rossi.
Lorsqu'une particule chargée se déplace dans un champ magnétique, elle subit une force perpendiculaire à la fois à sa vitesse et au champ, ce qui la fait se déplacer sur un cercle. Le rayon de ce cercle est proportionnel à la rigidité de la particule : une rigidité plus élevée implique un rayon plus grand, donc la particule se courbe moins. C'est pourquoi les spectromètres magnétiques mesurent la rigidité pour déduire l'impulsion et la charge d'une particule, et pourquoi les détecteurs de rayons cosmiques utilisent des champs magnétiques pour séparer les particules de différents types.
La rigidité est utilisée dans la conception des accélérateurs de particules et des anneaux de stockage, où les aimants doivent être réglés pour courber des faisceaux de rigidité connue, ainsi que dans les expériences sur les rayons cosmiques comme AMS-02 à bord de la Station spatiale internationale, qui mesure la rigidité pour identifier les particules venant de l'espace.
Le champ magnétique terrestre agit comme un filtre de rigidité pour les rayons cosmiques : seules les particules ayant une rigidité suffisamment élevée peuvent pénétrer aux basses latitudes, ce qui explique pourquoi l'intensité des rayons cosmiques varie avec la latitude géomagnétique.
