11-15 octobre 2004La Colle sur Loup Colloque de prospective IN2P3/DAPNIA Le Rayonnement Cosmique Des trésors physiques à toutes les énergies AMS / Auger / EUSO… radiodétection Vers lastronomie RC Etienne Parizot (IPN Orsay) Physique et astrophysique des sources énergétiques: des photons aux particules Groupe de travail : 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

E. Parizot (IPN Orsay) 2 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Un phénomène universel inattendu x = 2.7 x = 3.0 x = 2.7 GZK genou propagation modulation transition G/EG sources indiv. AMS Kascade + Grande Auger +N+TA EUSO

E. Parizot (IPN Orsay) 3 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup RC de « basse énergie » Rayonnement cosmique dimension spectrale inédite : spectre de masse (composition) Pertes + spallation Échappement (diffusion)

E. Parizot (IPN Orsay) 4 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup AMS : Alpha Magnetic Spectrometer 16 pays, 50 labos IN2P3/CNRS: LAPP Annecy LPSC Grenoble GAM Montpellier Coût 1.4 M (+ 2019)

E. Parizot (IPN Orsay) 5 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Transition Radiation Detector. 20 planes Rich: Ring Imaging Cerenkov detector Time of Flight. 4 planes of scintillating counters Double-sided Si strip tracker planes inside superconducting magnet. 8 Layers 3D Electromagnetic calorimeter

E. Parizot (IPN Orsay) 6 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Mesure précise de e ±,, p ±, 3,4 He, B, C, 9, 10 Be, tout noyau jusquà Z ~ 30 tous isotopes jusquà A<~12 En 1 an En 6 mois

E. Parizot (IPN Orsay) 7 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Les fits sont meilleurs avec un signal SUSY ( 2 /d.o.f. = 1.34 et 1.38 au lieu de 2.33 avec le background RC seul), anti-p, anti-D, e+, Recherche de matière noire : Fraction de positons : e + /(e - + e + )

E. Parizot (IPN Orsay) 8 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Les fits sont meilleurs avec un signal SUSY ( 2 /d.o.f. = 1.34 et 1.38 au lieu de 2.33 avec le background RC seul), anti-p, anti-D, e+, Recherche de matière noire : Fraction de positons : e + /(e - + e + ) 1 an avec AMS

E. Parizot (IPN Orsay) 9 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Spectre des rayons cosmiques x = 2.7 x = 3.0 x = 2.7 GZK genou propagation modulation transition G/EG sources indiv. AMS Kascade + Kas. Gr. Auger +N+TA EUSO

E. Parizot (IPN Orsay) 10 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Transition G/EG et domaine GZK

E. Parizot (IPN Orsay) 11 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Nouvelle physique ? Spectre « attendu » des RCUEs CMB pion E E Effet GZK

E. Parizot (IPN Orsay) 12 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Les coupures GZK Un travail théorique important a permis de dépasser la vision naïve dune coupure GZK universelle : Distribution des sources Spectre source (loi de puissance, E max ) Sources les plus proches Rôle du champ magnétique Présence de noyaux Spectres de sources individuelles ! Etc.

E. Parizot (IPN Orsay) 13 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Influence du champ magnétique

E. Parizot (IPN Orsay) 14 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Horizon magnétique !

E. Parizot (IPN Orsay) 15 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Surdensité locale de sources Couverture complète du ciel !

E. Parizot (IPN Orsay) 16 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Y a-t-il des noyaux parmi les RCUE ? Interprétation de la « cheville » spectre source et accélération

E. Parizot (IPN Orsay) 17 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Stratégie pour lavenir Exploiter au maximum les 3 dimensions spectrales : Spectre dénergie Composition Distribution angulaire Vers lastronomie RC : on y est peut-être déjà ! Dans ce cas, la Terre est en sortie dun spectrographe ! Principale difficulté : augmenter la statistique ! En nb dévénements : Auger, EUSO En nb de sources et en couverture : Auger Nord, EUSO + Calibration croisée, hybridité…

E. Parizot (IPN Orsay) 18 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup LObservatoire Pierre Auger Détection des gerbes atmosphériques 1) Particules secondaires au sol 2) Fluorescence dans latmosphère Détecteur hybride 47 M$, dont 10% pour la France 300 physiciens dont ~10% en France : IPNO, LPNHE, LAL, PCC/APC, LAO Besançon (INSU) Seuil SD: eV Hybride : eV

E. Parizot (IPN Orsay) 19 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Déploiement jusquà fin 2005 Premiers résultats à lICRC 2005 Acceptance intégrée ~ AGASA à fin 2004 Acceptance ~ 7000 à 9000 km 2 sr

E. Parizot (IPN Orsay) 20 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Auger Nord Atteindre une couverture complète du ciel en conservant le design hybride Choix du site : 2005 (Utah ou Colorado) LoI --> proposal SAGENAP (2005) Déploiement visé : > 2009 Design de base dAuger Sud, avec Extension à basse énergie (+ TA) Extension 3000 km 2 --> km 2 Sensibilité accrue aux neutrinos R&D électronique lancée Hybridité renforcée ?

E. Parizot (IPN Orsay) 21 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup EUSO : le défi ! Obs. Pierre Auger

E. Parizot (IPN Orsay) 22 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup EUSO (à partir de 2010)

E. Parizot (IPN Orsay) 23 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup De lastronomie en regardant vers le sol ! ~ km 2 sr Acceptance inst.: km 2 sr 18% (nuit sans lune) 65% (nuages) cycle utile Seuil : eV Aspects physiques et techniques validés par lESA Résoudre la question du lancement : navette --> HTV japonais PCC/APC (Paris), LPSC (Grenoble) Europe / USA / Japon Coût : 120 M$, dont France 10 M$ (consolidé)

E. Parizot (IPN Orsay) 24 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Radiodétection des gerbes contribution du courant transverse contribution de lexcès de charge (excès de charge = 10 %) E( V/m) t( s) E( V/m)

E. Parizot (IPN Orsay) 25 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup CODALEMA (à Nancay) SUBATECH Nantes Obs. de Paris-Meudon, Nançay (INSU) LAL Orsay Une station Le conteneur Acquisition Lélectronique dacquisition

E. Parizot (IPN Orsay) 26 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Coincidences (4 scintillateurs + 3 à 6 antennes) Filtrage numérique des signaux ADC dans la bande MHz Coincidences Taux dévts antennes exploitables ~ 1 evt/7h (19 evts pdt 132,7h) seuil E incident ~ eV Amplitudes observées des champs électriques : 4µV/m (37-70 MHz)

E. Parizot (IPN Orsay) 27 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Triangulation OK trajectoire reconstituée par le programme de triangulation pour un aéronef traversant le ciel Nord Sud Ouest

E. Parizot (IPN Orsay) 28 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Enjeux Maîtrise des conditions de propagation (confinement, ré-accélération, diffusion, champs magnétiques, environnement local…) Détection dune signature de la matière noire GCR 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. RCUE

E. Parizot (IPN Orsay) 29 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup Stratégie Augmenter la statistique --> à terme, aller dans lespace Couverture complète du ciel Poursuivre létude de la radiodétection Intégrer létude de toutes les régions du spectre : (basse E, E intermédiaires, Genou, Cheville, UHE)