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14 Chapitre 1. Contexte scientifique et expériences
tel-00814988, version 1 - 18 Apr 2013
Figure 1.5 – Modèle du "dip". Le spectre est multiplié par E 3 . On suppose que l’énergie maximal
d’accélération est 300 EeV (record mesuré par Volcano Ranch en 1962). Les données apparaissant
dans la figure sont celles de HiRes en mode monoculaire [11].
de la création de paires e + , e − , l’énergie des protons diminue également provoquant
une diminution de la pente du spectre. La bosse apparaissant entre 17.5 log E 18
est appelée "la bosse de production de paire". Encore à plus haute énergie, avant que la
production de pions soit possible, χ att (E) se stabilise ce qui provoque une remontée (si
l’on multiplie le spectre par E 3 ) du spectre en énergie jusqu’à log E ∼ 19.5. L’ensemble
de la bosse de production de paire et de la remontée du spectre (le tout étant dû au
mécanisme de production de paire) s’appelle le "pair production dip", c’est le modèle
défendu par [12].
De même, on peut calculer le spectre observé dans le cas de noyaux. Un noyau
peut perdre de l’énergie suite à une diminution de son facteur de Lorentz Γ et/ou par
diminution de son nombre de nucléons (photodésintégration). La diminution du facteur
de Lorentz est principalement provoquée par la perte d’énergie due à l’expansion de
l’univers et par le mécanisme de création de paires. Le seuil de création de paires est
proportionnel à la masse A du noyau et la longueur d’atténuation décroît en A/Z 2 à Γ
fixé. Sans entrer dans les détails, différentes résonances du noyau mènent à la perte de
nucléons : la résonance dipolaire géante du noyau se produit suite à l’absorption d’un
photon d’énergie comprise entre 10 et 50 MeV, dans le référentiel du noyau. À partir de
30 MeV, le mécanisme de quasi-deutéron 1 domine et fait perdre plusieurs nucléons au
noyau [13]. Aux plus hautes énergies [14], le principal mécanisme est l’interaction d’un
photon avec un seul nucléon du noyau, produisant un ou plusieurs pions. Pour un noyau
lourd, ∼ 80% des pions ainsi photoproduits sont réabsorbés dans le noyau lui-même
qui développe ensuite une cascade intra-nucléaire menant à l’émission de neutrons,
protons et pions de haute énergie. Les nucléons qui ne se sont pas échappés du noyau
dissipent leur énergie cinétique parmi tous les nucléons du noyau lequel s’évapore par
1. Interaction du photon incident avec le moment dipolaire électrique d’une paire proton/neutron du
noyau.