Les activités de recherche du groupe ont été essentiellement centrées autour de la radio-détection des rayons cosmiques d'ultra haute énergie. Dans leur majorité, il s'agissait d'études menées dans le cadre du projet CODALEMA. Le site web du projet codalema.in2p3.fr détaille les contributions anciennes et récentes aussi bien techniques que scientifiques. On y trouve également les publications, communications et thèses se rapportant au projet. Ce dernier est très brièvement résumé ci-dessous.
Contexte scientifique :
Nos activités s'insèraient dans la cadre des études menées sur les rayons cosmiques aux énergies de l'ordre du Joule (~1019eV) et notamment sur leur nature (p, Fe) et leur origine(s). Ces études s'appuient actuellement sur d'immenses infrastructures de détecteur de particules pour compenser les très faibles flux tel que l'observatoire Pierre Auger en Argentine couvrant 3000 km2. L'aboutissement à une astronomie des énergies ultimes nécessitent de viser une surface de détection supérieure (au delà de 10 000 km2) et nécessite donc une évolution importante des techniques de détection.
La radio détection des grandes gerbes de particules secondaires issues de l'intéraction du rayon cosmique dans l'atmosphère est une des techniques qui a été ré-explorée au début des années 2000 (par CODALEMA en France et LOPES en Allemagne).
Objectifs scientifiques :
Un des objectifs principaux du groupe consistait à exploiter systématiquement l'instrument CODALEMA afin de poursuivre la pose des différents jalons nécessaires à l'élaboration d'un système de radio détection des rayons cosmiques compatible avec les spécifications de très larges réseaux au sol. L'expérience CODALEMA est installée depuis 2002.
CODALEMA se proposait donc de concevoir une technique efficace, précise et auto-suffisante dans le but de pouvoir définir à terme un instrument géant de détection des gerbes atmosphériques. Différentes difficultés techniques ont été identifiées : il s’agissait de détecter un signal faible et bref dont l’intensité décroît très rapidement avec la distance à la gerbe. Avec l’optique d’une surface au sol couverte gigantesque (au delà de 10 000 km2), le nombre de capteurs nécessaire à la détection d’une gerbe devait être faible. De plus, cette détection devait se faire dans un environnement transitoire bruyant et difficilement contraignable. Plusieurs campagnes de R&D ont donc été réalisées au cours des années passées pour lever ces difficultés. La plus récente concernait le projet EXTASIS qui se proposait d'abaisser la fréquence basse d'observation à quelques MHz afin d’étendre les capacités de détection à travers notamment la mise en évidence d'un nouveau signal RF dit de mort subite de la gerbe.
Le groupe a également été un élément moteur dans la construction puis l'exploitation du démonstrateur AERA à l'observatoire Pierre Auger avant la construction d'un grand réseau de détection. Les efforts de mise en oeuvre de la radio ont été initiés en 2006 (RAuger), et se sont structurés en 2008 (AERA) pour une exploitation envisagée sur plusieurs années. Dans ce cadre, l'observation hybride (particules au sol, fluorescence, muons, radio) des rayons cosmiques d'ultra haute énergie est une des capacités de l'observatoire particulièrement attrayante.
Depuis 2014, les acticivités de développement autour de la radio-détection des gerbes atmosphériques se font dans le cadre du projet EXTASIS. Plusieurs pistes pour augmenter plus encore les capacités de la technique ont été explorées, notamment la mise au point d'une trigger composite pour améliorer l'efficacité de détection des transitoires associés aux gerbes et la mise en évidence d'un signal à basse fréquence signant la disparition très rapide des particules de la gerbe dans le sol.
Enfin, fort de l'expérience acquise à partir aux différentes phases de tests et de R&D réalisées au cours de ces dernières années à la station de radio astronomie de Nançay, nous cherchons également à exploiter les potentialités de la radio détection impulsionnelle à d'autres messagers (les rayons gamma par exemple) et d'autres domaines d'observation grace notamment à la maitrise de la technique de la radio détection et des systèmes d'acquision autonome associés.