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Auger APC

Description
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L'Observatoire Pierre Auger

L'étude des rayons cosmiques est essentielle pour la compréhension des mécanismes astrophysiques à l'oeuvre dans l'univers. Durant les trois dernières décennies, plusieurs de ces rayons d'énergie supérieure à 1020eV ont été observés par divers détecteurs. Aussi rare qu'elle soit, l'arrivée dans l'athmosphère terrestre de particules ou de noyaux ayant une énergie d'une telle intensité reste inexpliqée, et il est nécessaire, pour comprendre ce phénomène de mesurer avec précision la distribution en énergie des particules, leur direction et de déterminer leur nature.

Le flux de ces particules, extrêmement faible, est estimé à 0.02/km2/an. L'obtention d'une centaine d'événements par an exige donc un détecteur couvrant une très grande surface au sol.

Depuis 1993, une collaboration internationale de taille régulièrement croissante s'est fixée pour objectif de mettre techniquement au point, de promouvoir et finalement de construire un détecteur dont le but principal est de déterminer l'origine et la nature de ces rayons d'énergie extrème . Le travail effectué s'est concrétisé dans un rapport de conception du détecteur, régulièrement remis à jour au fur et à mesure que les options techniques s'affinaient et que le champ d'investigation physique du projet s'élargissait.


Description de l'Observatoire

L'Observatoire Pierre Auger sera un détecteur hybride, constitué de deux réseaux géants (de plus de 3 000 km2 chacun) et d'un ensemble de télescopes à fluorescence (du type Fly's Eye) ayant la même couverture géométrique que le réseau. Chacun de ces réseaux est constitué d'environ 1 600 stations locales (cuves remplies d'eau dans lesquelles les particules sont détectées par leur rayonnement Cerenkov) espacées de 1,5 km et formant un maillage triangulaire.

La principale difficulté technique dans la réalisation du réseau réside dans sa grande taille. Il est en effet exclu, pour des raisons de coût, de relier par câbles les 1600 stations. Il est donc nécessaire de les rendre autonomes, ce qui implique des contraintes pour le détecteur : L'origine des rayons cosmiques d'énergie ultime étant inconnue, il est crucial d'associer dans cette recherche deux sites fournissant une couverture aussi uniforme que possible du ciel. Cette couverture est optimale, avec la technique choisie (qui permet la reconstruction des gerbes avec un angle d'incidence pratiquement quelconque) et des sites situés entre 35° et 40° de latitude Nord et Sud.

Le fait que le site austral puisse explorer de manière privilégiée la direction du centre de la galaxie, et le site boréal les directions extra-galactiques, permettra de déceler tout effet, même faible, dû soit à une localisation particuliére des sources, soit à des différences de champ magnétique entre les régions galactiques et extra-galactiques.

Enfin, le site Sud prend une importance toute particulière du fait qu'historiquement aucun détecteur majeur de rayons cosmiques de hautes énergies n'a fonctionné dans cet hémisphére.
Durant les années 1995 et 1996, une équipe de prospection a évalué une vingtaine de sites candidats et visité une douzaine d'entre eux. Elle a présenté ses conclusions à la collaboration lors de deux réunions générales. Deux sites ont été choisis sur des critéres topographiques, atmosphériques, physiques, mais également en fonction du soutien scientifique et économique proposé par les pays candidats. Les deux sites choisis sont :

Construction du site Austral

Pour les raisons citées au paragraphe précédent, nous avons commencé par construire l'Observatoire Pierre Auger argentin, qui a été accepté en 1999 et dont le plan de financement s'étend sur les années 1999-2006. La première pierre a été posée en mars 1999 et les années 2000-2002 ont été consacrées à la réalisation de la premiére étape : le réseau test, de surface légérement supérieure à la moitié de celle du plus grand réseau alors en fonctionnement (AGASA au Japon). Il était constitué d'une trentaine de stations locales, de la station centrale, d'un détecteur de fluorescence et de deux stations de télécommunications. Les divers éléments de ce réseau test étaient encore des prototypes.

Cette première partie du détecteur a parfaitement fonctionné et nous a permis de finaliser les détecteurs définitifs. Depuis le début de l'année 2003 et jusqu'en fin 2007, nous les produisons et les installons.

Actuellement, février 2007, les trois quarts du site Sud de l'Observatoire Pierre Auger sont construits : L'Observatoire est déjà le plus grand détecteur de rayons cosmiques du monde..
Il grandira jusqu'à atteindre sa taille finale en 2007, mais les détecteurs étant modulaires, toute adjonction de cuves ou de détecteur de fluorescence contribue immédiatement à l'augmentation de la statistique.
Selon les résultats obtenus, le deuxième site, dans l'hémisphère Nord, pourra alors commencer à être équipé.

Collaboration et participation française

La collaboration regroupe, à ce jour, une cinquantaine d'institutions appartenant à une quinzaine de pays et réunissant près de 300 chercheurs et ingénieurs: La participation française, fortement pluridisciplinaire, regroupe des laboratoires appartenant à trois départements du CNRS. Les groupes français sont présents depuis ses origines dans ce projet et Paris en a été une des plaques tournantes, lieu de plusieurs réunions générales ou activités décisives. Nos équipes ont activement participé à la phase de développement technique du projet, avec des responsabilités précises depuis 1995. On peut citer notamment : Elles ont également une contribution majeure à l'analyse des données, couvrant des domaines variés : (cette liste étant loin d'être exhaustive...)

"A tragedy in physics is a beautiful theory ruined by an ugly fact"
(Old Chinese proverb)