Le reseau decametrique de Nancay Depuis plusieurs années, l'origine des rayons cosmiques (nature, direction, energie) est un sujet de recherche intéressant un nombre important de physiciens. Les récents résultats de l'Observatoire Pierre Auger (Science N°318, Novembre 2007) portant sur la corrélation angulaire des directions d'arrivée des rayons cosmiques avec des noyaux actifs de galaxies semblent présager le démarrage possible d'une "astronomie proton". L'émergence de cette nouvelle fenetre d'observation nécessite de franchir un palier en termes de statistiques et de qualité de mesure : une amélioration des performances de détection des gerbes atmosphériques est indispensable, notamment en ce qui concerne la surface, le cycle utile et le cout de mise en oeuvre.

Classiquement, les rayons cosmiques de très haute énergie sont détectés de facon indirecte par l'observation de la cascade de particules secondaires qu'ils induisent dans l'atmosphère à l'aide de détecteurs de particules au sol ou de détecteurs de fluorescence ou de lumière Cherenkov. Leur caractérisation requiert la mesure simultanée de plusieurs paramètres avec une grande statistique. La radio détection de signaux électriques transitoires, avec ou sans l'association des techniques mentionnées au dessus, peut apporter une contribution importante aux travaux de recherche portant sur les rayons cosmiques de très hautes énergies. L'avantage potentiel de cette technique de détection réside en la possibilité de déterminer la direction d'arrivée, l'énergie et la nature du rayon primaire avec un cycle utile élevé et à un cout relativement bas.

Une antenne CODALEMA et son circuit intégré amplificateur En 2003, le groupe Astroparticules de SUBATECH était à l'initiative du projet CODALEMA en association avec quelques personnes du LESIA (Observatoire de Meudon) et du réseau décamétrique de la Station de Radioastronomie de Nancay.

En 2005, un financement de l'ANR (Agence Nationale de la Recherche) a permis d'étendre les réseaux embryonnaires de quelques antennes et détecteurs de particules pour former les réseaux actuels, constitués de 24 antennes dipoles et 17 scintillateurs. Plusieurs laboratoires sont impliqués dans ce projet ANR (par ordre alphabétique) : ESEO (Angers), LAL (Orsay), LESIA (Observatoire de Meudon), LPCE (Orléans), LPSC (Grenoble), Observatoire de Besançon, Station de radioastronomie de Nançay.

Plusieurs résultats importants ont pu etre obtenus à partir des données collectées. On peut en particulier citer :

  • une forte corrélation entre les directions et les temps d'arrivée mesurés par le réseau d'antennes et par le réseau de scintillateurs,
  • une efficacité de détection et une distribution angulaire des directions d'arrivée dépendantes du champ magnétique terrestre,
  • une polarisation et une polarité des signaux également influencées par le champ géomagnetique,
  • des distributions latérales des amplitudes du signal radio généralement de forme exponentielle mais également de structure plus complexe dans un certain nombre de cas,
  • une corrélation certaine entre l'énergie du rayon primaire déduite des détecteurs de particules et un estimateur de cette énergie dérivé des signaux radios.
Les références des articles et des conférences dans lesquels sont présentés les résultats de CODALEMA sont données dans la rubrique Publications.

Les activités du groupe Astroparticules durant les deux dernières années couvrent plusieurs aspects qui sont discuttées plus en détail dans les rapports suivants (en anglais et extraits du rapport d'activité de SUBATECH 2006-2008) :

  • Resultats de l'expérience CODALEMA pour la période 2005-2006 et des campagne de mesures en 2006-2007 à Nançay
  • Performances en termes de radio détection de l'expérience CODALEMA
  • Evolution depuis 2006 de l'expérience CODALEMA à Nançay
  • Premiers tests et résultats sur le site Sud de l'Observatoire Pierre Auger
  • Conception et tests de différentes antennes actives et de leur électronique
  • Conception et tests d'une station autonome de radio détection (ces deux dernières contributions peuvent etre trouvées dans la section du service Electronique)
  • Modélisation du champ electrique produit par une gerbe atmosphérique (en collaboration avec le groupe Théorie)

Premier prototype de la station autonomous RAuger CODALEMA permet actuellement une validation de la technique autour de 10^17 eV. Dans les prochaines années, nous proposons d'installer un réseau étendu de stations autonomes à Nancay.

En parallèle, un effort conséquent a été produit pour tester cette méthode à l'Obervatoire de rayons cosmiques Pierre Auger (Malargüe, Argentine). Ces tests ont conduit à la réalisation d'un prototype de station de détection autonome, auto-déclenchée, qui préfigure le futur de la technique de radio détection des rayons cosmiques pour son déploiement sur une très large surface.

Dans cette optique, un certain nombre de groupes de la collaboration CODALEMA est impliqué dans le projet international AERA (Auger Engineering Radio Array) visant à mettre en oeuvre un detecteur 'super hybride' de 20 km² sur le site d'AUGER Sud combinant les informations des detecteurs au sol, des détecteurs de fluorescence et des antennes. Ces développements vont permettre l'extension de la technique de radio détection des rayons cosmiques à des énergies supérieures à 10^18 eV.