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Le mystère des rayons cosmiques : comment voyagent-ils dans l'espace
Dans le vaste univers, d'innombrables particules mystérieuses traversent silencieusement l'espace et atteignent la terre. Ces particules sont appelées rayons cosmiques. Les rayons cosmiques sont des particules ou des amas de particules de haute énergie, principalement composés de protons ou de noyaux atomiques, qui se déplacent presque à la vitesse de la lumière. Leurs sources se trouvent partout dans le Soleil, en dehors de notre galaxie et dans les galaxies au-delà. Parmi eux, lorsque les rayons cosmiques frappent l'atmosphère terrestre, ils produisent une série de particules secondaires. Certaines de ces particules peuvent atteindre la surface, bien que la plupart soient déviées par le champ magnétique terrestre ou l'héliosphère avant de pénétrer dans le sol.
La découverte des rayons cosmiques a commencé en 1912. Cette réalisation a été réalisée grâce à une expérience sur un ballon réalisée par Victor Hess, pour laquelle il a remporté le prix Nobel de physique en 1936.
La composition et les propriétés des rayons cosmiques
Environ 99 % des rayons cosmiques primaires sont des noyaux nus, ce qui signifie qu'ils n'ont pas de couche électronique. La composition de ces rayons cosmiques primaires est principalement constituée de protons (environ 90 %), de particules alpha de noyaux d'hélium (environ 9 %) et de noyaux d'autres éléments plus lourds (environ 1 %). Après avoir heurté l’atmosphère, les rayons cosmiques peuvent rapidement produire de grandes quantités de particules secondaires telles que des gluons, des muons et des neutrinos. Surtout à basse altitude, la teneur en neutrons des rayons cosmiques peut atteindre 40 à 80 %. Il convient de noter que les muons peuvent pénétrer dans l’atmosphère directement jusqu’au sol, ce qui fait de leur effet d’ionisation sur l’atmosphère terrestre un indice important permettant aux scientifiques de suivre les rayons cosmiques.
L'énergie des rayons cosmiques
La gamme d'énergie des rayons cosmiques est extrêmement large, et l'énergie des rayons cosmiques à ultra haute énergie les plus extrêmes peut atteindre 3 × 10 ^ 20 eV, soit 210 000 fois plus élevée que l'énergie des particules accélérées par le Grand Collisionneur de hadrons. Ces rayons cosmiques de haute énergie proviennent principalement de noyaux galactiques actifs et d’explosions de supernova, mais la distribution énergétique de la plupart des rayons cosmiques se situe autour de 300 MeV. Le mécanisme de formation de ces énergies reste un sujet brûlant dans la recherche actuelle en physique.
Histoire des rayons cosmiques
L'histoire des rayons cosmiques remonte au début du XXe siècle, lorsque Henry Beckere a découvert des substances radioactives. En mesurant les taux d'ionisation à différentes altitudes, les scientifiques ont progressivement découvert que le taux d'ionisation dans l'atmosphère augmentait avec l'altitude, ce qui a favorisé la découverte de Hess. En 1912, il utilisa un ballon pour transporter un appareil de mesure à ionisation amélioré pour des expériences et découvrit que l'intensité du rayonnement à haute altitude était nettement plus élevée qu'au sol. Cette découverte a complètement changé la compréhension des rayons cosmiques et a jeté les bases de recherches ultérieures.
Sources de rayons cosmiques
La cause des rayons cosmiques reste toujours l'un des axes de recherche des scientifiques. Les premières hypothèses incluaient les supernovae, les noyaux galactiques actifs, les quasars et les sursauts gamma comme sources possibles. La compréhension de ces sources par les scientifiques s'est considérablement améliorée ces dernières années. En 2013, des recherches ont montré que les supernovae sont une source importante de rayons cosmiques, chaque explosion produisant des rayons cosmiques équivalents à 3 × 10^42 à 3 × 10^43 Joules. Cependant, le véritable rapport source reste à explorer et à expérimenter davantage.
Types de rayons cosmiques
En fonction de leur origine, les rayons cosmiques peuvent être divisés en deux grandes catégories : les rayons cosmiques galactiques et les rayons cosmiques supergalactiques. La plupart des rayons cosmiques existent sous forme de rayons cosmiques primitifs, des particules provenant principalement de divers processus astrophysiques. Après avoir interagi avec l'atmosphère terrestre, des particules secondaires telles que des photons, des hadrons et des leptons sont produites. Ces particules secondaires servent de branches aux rayons cosmiques, enrichissant encore la structure des rayons cosmiques.
Comment la recherche cosmologique fait-elle progresser notre compréhension de ces mystérieuses particules ?
