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30 CHAPITRE I. RAYONS COSMIQUESFIGURE I.12 – Ordre de grandeur des intensités du rayonnement cosmique primaire (toutes particuleschargées) à différentes énergies. Domaine respectif des différentes techniques de détection.– l’expérience souterraine MACRO (Monopole, Astrophysics, and Cosmic Ray Observatory) détectedes muons dans le domaine d’énergie d’ANTARES.2.1 L’expérience BESSLa détection au dessus de l’atmosphère permet l’accès direct au rayon cosmique. On a donc uneseule particule à identifier. Pour cela, on utilise les détecteurs de physique des particules pourvu qu’ilssoient suffisamment légers et petits pour être placés sur des satellites, des ballons atmosphériques ou desnavettes spatiales.Une des techniques les plus légères, utilisée dans de nombreuses expériences en ballon, utilise unspectromètre magnétique (figures I.13 et I.14). Un premier trajectographe enregistre la direction et letemps d’arrivée de la particule qui traverse ensuite un champ magnétique où elle est déviée. Un deuxièmetrajectographe permet alors de mesurer la rigidité R = pc/Ze (où Z est la charge) et le temps de vol(qui donne β) de la particule dans le champ magnétique. Ce système est complété par un ou plusieursdétecteurs permettant de mesurer la charge du rayon cosmique : des compteurs proportionnels, des scintillateursou des chambres à ionisation, qui donnent la perte d’énergie différentielle dE/dx en fonctionde β et de Z 2 [29].Le principal inconvénient de ce détecteur est qu’il est limité à un intervalle d’énergie très réduit.Une particule de trop faible énergie va avoir un rayon de giration très petit, et ne va pas traverser ledeuxième trajectographe. La résolution du trajectographe est limitée par la taille du rayon de giration liéeà l’énergie du rayon cosmique. L’étude des plus hautes énergies se fait soit en augmentant la résolutiondes trajectographes, soit en augmentant l’intensité du champ magnétique. De plus, ce type de détecteursn’offre pas la même sensibilité entre les différents noyaux qui ont des charges différentes.Lors des mesures en vol de l’expérience BESS, un champ magnétique de 1 Tesla engendré par unaimant supraconducteur a été utilisé. Le spectromètre magnétique de forme cylindrique était constitué descintillateurs qui servaient de trajectographe et permettaient d’identifier la nature de la particule (par laperte d’énergie dE/dx) [30].Un des résultats les plus importants est la mesure du flux de proton et d’hélium à des énergies comprisesentre 0,215 et 21,5 GeV par nucléon (figure I.15). Les données utilisées pour ces mesures ont étéprises entre 1997 et 2002 avec le spectromètre BESS à bord d’un ballon lancé à Lynn Lake au Canada[31].
2. MÉTHODES DE DÉTECTION DES RAYONS COSMIQUES 31FIGURE I.13 – Schéma d’un spectroscope àchamp magnétique couplé à un système qui mesurela charge : compteurs proportionnels, scintillateurs,chambres à ionisation, etc.FIGURE I.14 – Vues transversales des spectromètresBESS-98 et BESS-TeV. Les lignes épaissesreprésentent la longueur de la trace.FIGURE I.15 – Flux de proton et d’helium en haut de l’atmosphère obtenus avec les données de BESSentre 1997 et 2002. Le flux d’helium a été divisé par un facteur 10. [31]
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