teraelectronvolt

En 1054, une étoile a explosé dans la constellation du Taureau. La lumière de sa mort fut si vive qu'on la vit en plein jour pendant près d'un mois : les astronomes chinois l'ont consignée dans leurs chroniques. Aujourd'hui, à cet endroit, s'étale la nébuleuse du Crabe, et ses pinces sont des nuages de gaz que l'étoile morte, au centre, continue d'accélérer.

Un faisceau de protons dirigé vers une tumeur traverse les tissus mous comme un couteau dans du beurre, mais sa portée dépend des propriétés infimes de l'eau dont nous sommes principalement constitués. L'eau est le principal composant du corps, et c'est de la rapidité avec laquelle les protons y sont freinés que dépend l'endroit où ils déposent leur énergie.

L'eau chaude après une douche, l'air tiède de la ventilation, les parois chaudes d'un moteur : toute cette chaleur en dessous de 100 °C se dissipe généralement sans avoir fait le moindre travail. Désormais, on peut la capter et la transformer en électricité. Au cœur du nouveau dispositif se trouve un fil en alliage nickel-titane.

L'univers ressemble parfois à un vieux tissu : après un refroidissement rapide, il pourrait y rester des plis — de fins fils presque invisibles d'une densité monstrueuse. On les appelle cordes cosmiques. Habituellement, au centre d'une telle corde se cache une singularité — un point où les lois de la physique perdent leur sens.

Le mystère du principal coude dans le spectre des rayons cosmiques galactiques — le genou à 3 PeV — a perduré près d'un siècle.

Une chambre de la taille d'un petit camion est remplie d'argon liquide à moins 186 degrés. Lorsqu'une particule y pénètre, elle arrache des électrons aux atomes d'argon, et ceux-ci dérivent vers les parois, dessinant une image tridimensionnelle de l'événement.

Dans un orchestre, chaque musicien joue sa partition, mais à un moment donné, tous les instruments s'arrêtent sur une même note. C'est à peu près ce que font les rayons cosmiques — ces particules qui nous parviennent depuis des étoiles lointaines.

Un projecteur brille de plus en plus fort, mais à un certain seuil, l'ampoule grille soudainement — et la lumière s'arrête. C'est un peu ce que les astrophysiciens ont observé avec le lointain blazar Markarian 421.

Une goutte d'eau dans un champ électrique intense s'allonge. Le noyau de deutérium — une paire liée de proton et de neutron — se comporte de la même manière, sauf que le champ est ici créé par un photon gamma qui passe, et au lieu de s'étirer, le noyau peut tout simplement se briser.

Les rayons cosmiques sont des particules qui nous parviennent des confins de l'espace. Lorsqu'une telle particule percute l'atmosphère, elle engendre toute une pluie de nouvelles particules — comme une boule de billard qui brise le triangle et fait partir les boules dans toutes les directions.

Les rayons cosmiques ne sont pas de la lumière, mais des particules chargées qui bombardent la Terre de toutes parts. La plupart sont des protons (noyaux d'hydrogène), mais on trouve aussi des noyaux plus lourds : hélium, azote, fer.

La lumière tombe sur une plaque de silicium, et un électron unique y naît. Un appareil ordinaire ne le remarquerait pas — le signal est trop faible. Le nouveau détecteur ne se contente pas de l'entendre : il détermine son énergie avec une précision de 589 milliélectronvolts. C'est comme distinguer les pas d'une fourmi à bout de bras.

Les rayons cosmiques, c'est un peu comme une pluie battante qui tombe de partout. Mais qu'un vent se lève, et les gouttes changent de direction. Ainsi, une tempête solaire — un nuage de gaz magnétisé éjecté par le Soleil — courbe la trajectoire de ces particules qui, d'ordinaire, pleuvent uniformément sur la Terre.

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.

Tels des coureurs sur une longue distance, les noyaux atomiques — du léger hélium au lourd fer — foncent vers nous à travers la Galaxie. À l'arrivée, dans le détecteur du ballon stratosphérique, on voit que les noyaux lourds arrivent un peu plus épuisés que les légers.

Dans le havre tranquille de la bulle locale — une cavité de gaz chaud et raréfié autour du Soleil — une explosion a récemment retenti. Une supernova a brillé à quelques dizaines de parsecs de nous, et son écho résonne encore dans les environs, modifiant le paysage des rayons cosmiques.

Au-dessus de l'Antarctique, un ballon-sonde a hissé un instrument qui captait les électrons venus de l'espace. Ces particules proviennent d'explosions d'étoiles lointaines et d'autres événements puissants. L'instrument mesurait leur énergie, comme la force d'un impact. Et voilà que dans une certaine gamme d'énergies, il y a eu plus d'impacts que ce que les calculs prévoyaient.

Dans le flux des rayons cosmiques — ces particules qui nous parviennent des profondeurs de la Galaxie — le titane est rare. Ses noyaux sont presque impossibles à distinguer de ceux du fer : tous deux sont lourds, tous deux laissent des traces similaires dans les détecteurs.