Un record d’énergie pour des électrons accélérés dans la galaxie

Je suis issu de phénomènes cosmiques violents. Je génère le carbone 14 dans l’atmosphère. Je peux endommager les satellites artificiels. Je participe à la radioactivité naturelle. Je provoque des mutations génétiques. Qui suis-je ?

Bravo à celles et ceux qui auront répondu « rayon cosmique ». Un peu trompeuse puisqu’elle évoque un rayon lumineux, l’expression désigne en réalité surtout des particules subatomiques électriquement chargées comme des protons, des noyaux d’atomes, des électrons ou encore des positrons – les antiparticules des électrons –, qui portent une énergie parfois titanesque. Découverts en 1912 par l’Autrichien Victor Hess, ces rayons cosmiques défient l’entendement puisque les plus costauds d’entre eux, malgré leur taille plus que microscopique, peuvent véhiculer l’énergie d’une balle de fusil.

Dans une étude publiée lundi 25 novembre par la revue Physical Review Letters, une équipe internationale annonce ainsi un nouveau record pour des rayons cosmiques électroniques, dotés d’une énergie de 40 téraélectronvolts (TeV). Pour donner un ordre de grandeur, c’est dix mille milliards de fois plus que l’énergie transportée par un photon de lumière visible.

« Oh-My-God », particule invaincue

Ces électrons survitaminés ne datent pas d’hier. Ils étaient cachés dans un immense jeu de données enregistrées entre 2003 et 2015 par l’observatoire HESS (High Energy Stereoscopic System). Installé sur un plateau semi-désertique de Namibie et principalement visité par des antilopes, des autruches ou des babouins, HESS est composé de cinq télescopes, quatre de 12 mètres de diamètre disposés en carré et un grand télescope central de 28 mètres. Lorsqu’un rayon cosmique atteint l’atmosphère, ce qui arrive en permanence, il interagit avec les atomes d’azote ou d’oxygène et cela provoque une gerbe de milliards de particules auxquelles son énergie initiale est redistribuée. Quand ces « douches » parviennent au niveau du sol, elles « arrosent » l’équivalent d’un terrain de football pendant un milliardième de seconde seulement, mais HESS les attrape à l’aide de caméras ultrarapides.

Dans les mesures recueillies, tous les rayons cosmiques, auxquels s’ajoutent des rayons gamma, se mélangent. Souhaitant quantifier la part des électrons et des positrons dans ce lot, les membres de la collaboration HESS ont dû effectuer un tri. Comme l’explique Mathieu de Naurois, directeur de recherche au CNRS et coauteur de l’étude, ce classement se fait sur la forme des gerbes de particules : « Les cascades initiées par les électrons, les positrons et les rayons gamma ont une forme relativement régulière, tandis que celles émises par les protons partent un peu dans tous les sens. »

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