Paschal Coyle Bernard Degrange Philippe Goret Isabelle Grenier

Paschal Coyle, Bernard Degrange, Philippe Goret, Isabelle Grenier, Dy-holm Koang, Etienne Parizot, Eric Plagnol, Sylvie Rosier Lees, Tiina Suomijärvi, Sylvaine Turck-Chièse, Pascal Vincent Groupe de travail : Physique et astrophysique des sources énergétiques: des photons aux particules Le Rayonnement Cosmique Etienne Parizot (IPN Orsay) n Des trésors physiques à toutes les énergies n AMS / Auger / EUSO… radiodétection n La Colle sur Loup Vers l’astronomie RC Colloque de prospective IN 2 P 3/DAPNIA 11 -15 octobre 2004

modulation propagation Un phénomène universel inattendu 2 sources indiv. x = 2. 7 genou x = 3. 0 transition G/EG x = 2. 7 AMS La Colle sur Loup Kascade Auger EUSO + Grande +N+TA Prospective IN 2 P 3/DAPNIA GZK E. Parizot (IPN Orsay)

3 RC de « basse énergie » n Rayonnement cosmique dimension spectrale inédite : spectre de masse (composition) Pertes + spallation La Colle sur Loup Échappement (diffusion) Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

4 AMS : Alpha Magnetic Spectrometer n n 16 pays, 50 labos IN 2 P 3/CNRS: u u u n n La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA LAPP Annecy LPSC Grenoble GAM Montpellier Coût 1. 4 M€ 2007 -2011 (+ 2019) E. Parizot (IPN Orsay)

5 • Transition Radiation Detector. 20 planes • Double-sided Si strip tracker planes inside superconducting magnet. 8 Layers La Colle sur Loup • Rich: Ring Imaging Cerenkov detector Prospective IN 2 P 3/DAPNIA • Time of Flight. 4 planes of scintillating counters • 3 D Electromagnetic calorimeter E. Parizot (IPN Orsay)

6 n En 6 mois La Colle sur Loup Mesure précise de u e±, , p±, 3, 4 He, B, C, 9, 10 Be, u tout noyau jusqu’à Z ~ 30 u tous isotopes jusqu’à A<~12 Prospective IN 2 P 3/DAPNIA En 1 an E. Parizot (IPN Orsay)

7 Recherche de matière noire : anti-p, anti-D, e+, Fraction de positons : e+/(e- + e+) Les fits sont meilleurs avec un signal SUSY (c 2/d. o. f. = 1. 34 et 1. 38 au lieu de 2. 33 avec le background RC seul), La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

8 Recherche de matière noire : anti-p, anti-D, e+, Fraction de positons : e+/(e- + e+) 1 an avec AMS Les fits sont meilleurs avec un signal SUSY (c 2/d. o. f. = 1. 34 et 1. 38 au lieu de 2. 33 avec le background RC seul), La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

Spectre des rayons cosmiques modulation 9 propagation sources indiv. x = 2. 7 genou x = 3. 0 transition G/EG x = 2. 7 AMS La Colle sur Loup Kascade Auger EUSO + Kas. Gr. +N+TA Prospective IN 2 P 3/DAPNIA GZK E. Parizot (IPN Orsay)

Transition G/EG et domaine GZK La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA 10 E. Parizot (IPN Orsay)

11 Spectre « attendu » des RCUEs Nouvelle physique ? E pion E’ La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA Effet GZK CMB E. Parizot (IPN Orsay)

12 Les coupures GZK n Un travail théorique important a permis de dépasser la vision naïve d’une coupure GZK universelle : u u u u La Colle sur Loup Distribution des sources Spectre source (loi de puissance, Emax) Sources les plus proches Rôle du champ magnétique Présence de noyaux Spectres de sources individuelles ! Etc. Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

13 Influence du champ magnétique La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

14 Horizon magnétique ! La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

15 Surdensité locale de sources La Colle sur Loup n Couverture complète du ciel ! Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

16 Y a-t-il des noyaux parmi les RCUE ? § spectre source et accélération La Colle sur Loup § Interprétation de la « cheville » Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

17 Stratégie pour l’avenir n n Exploiter au maximum les 3 dimensions spectrales : u Spectre d’énergie u Composition u Distribution angulaire Vers l’astronomie RC : on y est peut-être déjà ! u n Principale difficulté : augmenter la statistique ! u u n La Colle sur Loup Dans ce cas, la Terre est en sortie d’un spectrographe ! En nb d’événements : Auger, EUSO En nb de sources et en couverture : Auger Nord, EUSO + Calibration croisée, hybridité… Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

L’Observatoire Pierre Auger 18 Détection des gerbes atmosphériques Détecteur hybride 1) Particules secondaires au sol 2) Fluorescence dans l’atmosphère Seuil SD: 1018 e. V Hybride : 1017 e. V 47 M$, dont 10% pour la France 300 physiciens dont ~10% en France : IPNO, LPNHE, LAL, PCC/APC, LAO Besançon (INSU) Prospective IN 2 P 3/DAPNIA La Colle sur Loup E. Parizot (IPN Orsay)

Déploiement jusqu’à fin 2005 19 Acceptance ~ 7000 à 9000 km 2 sr Acceptance intégrée ~ AGASA à fin 2004 Premiers résultats à l’ICRC 2005 La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

20 Auger Nord n Atteindre une couverture complète du ciel en conservant le design hybride n Choix du site : 2005 (Utah ou Colorado) Lo. I --> proposal SAGENAP (2005) Déploiement visé : 2006 --> 2009 n Design de base d’Auger Sud, avec n n u u u La Colle sur Loup Extension à basse énergie (+ TA) Extension 3000 km 2 --> 10000 km 2 Sensibilité accrue aux neutrinos R&D électronique lancée Hybridité renforcée ? Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

21 EUSO : le défi ! Obs. Pierre Auger La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

EUSO (à partir de 2010) La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA 22 E. Parizot (IPN Orsay)

De l’astronomie en regardant vers le sol ! 23 Acceptance inst. : 608 000 km 2 sr cycle 18% (nuit sans lune) utile 65% (nuages) < Acceptance > ~ 71 000 km 2 sr Seuil : 5 1019 e. V Aspects physiques et techniques validés par l’ESA Résoudre la question du lancement : navette --> HTV japonais PCC/APC (Paris), LPSC (Grenoble) La Colle sur Loup Europe / USA / Japon Coût : 120 M$, dont France 10 M$ (consolidé) Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

24 Radiodétection des gerbes E(m. V/m) contribution de l’excès de charge (excès de charge = 10 %) t(ms) E(m. V/m) contribution du courant transverse t(ms) La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

25 CODALEMA (à Nancay) SUBATECH Nantes Obs. de Paris-Meudon, Nançay LAL Orsay (INSU) L’électronique d’acquisition Une station La Colle sur Loup Le conteneur “Acquisition” Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

26 Coincidences (4 scintillateurs + 3 à 6 antennes) Filtrage numérique des signaux ADC dans la bande 37 -70 MHz Taux d’évts antennes exploitables ~ 1 evt/7 h (19 evts pdt 132, 7 h) seuil Eincident ~ 2 1016 e. V La Colle sur Loup Amplitudes observées des champs électriques : ≥ 4µV/m (37 -70 MHz) Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

27 Triangulation OK Sud Nord trajectoire reconstituée par le programme de triangulation pour un aéronef traversant le ciel Ouest La Colle sur Loup Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

28 Enjeux n n RCUE n n GCR n n La Colle sur Loup Compréhension du phénomène « rayons cosmiques » à toutes les énergies Nouvelle physique dans le domaine GZK ? Mesure de « la » coupure GZK --> physique et astrophysique des sources, de la propagation, du champ magnétique, etc. Maîtrise des conditions de propagation (confinement, ré-accélération, diffusion, champs magnétiques, environnement local…) Détection d’une signature de la matière noire Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)

29 Stratégie n n Couverture complète du ciel n Poursuivre l’étude de la radiodétection n La Colle sur Loup Augmenter la statistique --> à terme, aller dans l’espace Intégrer l’étude de toutes les régions du spectre : (basse E, E intermédiaires, Genou, Cheville, UHE) Prospective IN 2 P 3/DAPNIA E. Parizot (IPN Orsay)