11-15 octobre 2004La Colle sur Loup Colloque de prospective IN2P3/DAPNIA Le Rayonnement Cosmique Des trésors physiques à toutes les énergies AMS / Auger.

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1 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

2 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

3 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)

4 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 2007-2011 (+ 2019)

5 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

6 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

7 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 + )

8 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

9 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

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

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

12 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.

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

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

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

16 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

17 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…

18 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: 10 18 eV Hybride : 10 17 eV

19 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

20 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 : 2006 --> 2009 Design de base dAuger Sud, avec Extension à basse énergie (+ TA) Extension 3000 km 2 --> 10000 km 2 Sensibilité accrue aux neutrinos R&D électronique lancée Hybridité renforcée ?

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

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

23 E. Parizot (IPN Orsay) 23 Prospective IN2P3/DAPNIA La Colle sur Loup De lastronomie en regardant vers le sol ! ~ 71 000 km 2 sr Acceptance inst.: 608 000 km 2 sr 18% (nuit sans lune) 65% (nuages) cycle utile Seuil : 5 10 19 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)

24 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)

25 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

26 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 37-70 MHz Coincidences Taux dévts antennes exploitables ~ 1 evt/7h (19 evts pdt 132,7h) seuil E incident ~ 2 10 16 eV Amplitudes observées des champs électriques : 4µV/m (37-70 MHz)

27 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

28 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

29 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)