Les derniers résultats de l'expérience DAMPE
Les rayons cosmiques sont les particules les plus énergétiques observées dans l'univers, dépassant de loin les énergies des particules produites par les accélérateurs artificiels sur Terre. Plus de cent ans après leur découverte, de nombreuses questions liées à ces particules restent sans réponse. Aujourd'hui, la mission spatiale DAMPE, dont le groupe de physique des astroparticules du Département de Physique Nucléaire et corpusculaire (DPNC) est un contributeur essentiel, vient d'annoncer de nouveaux résultats dans la revue Science Advances : la mesure directe la plus précise du spectre les rayons cosmiques les plus abondants, les protons, à des énergies atteignant 100 TeV (teraelectronvolt).
La mesure de DAMPE est une étape importante dans la compréhension d'un casse-tête essentiel concernant les rayons cosmiques : quels sont les mécanismes sous-jacents à la production et la propagation des rayons cosmiques lors du passage de l'origine galactique à l'origine extragalactique. En particulier, depuis longtemps, il est largement admis que les rayons cosmiques galactiques proviennent d’explosions de supernovae, qui peuvent vraisemblablement accélérer les particules jusqu’aux énergies du PeV (petaelectronvolt). Cependant, de nombreuses mesures de rayons cosmiques au cours de la dernière décennie remet en question l'hypothèse classique des supernovae, suggérant que de nouveaux processus physiques doivent être impliqués dans la transition galactique-extragalactique.
Le nouveau résultat de DAMPE apporte un nouvel éclairage sur cette énigme. En particulier, il indique clairement un changement caractéristique du spectre du proton à 10 TeV, qui n’était auparavant indiqué qu'indirectement par d’autres expériences (c.f. figure ci-contre). La comparaison de ce résultat avec les prédictions de modèles théoriques aidera à cerner la physique sous-jacente à la production et de la propagation des rayons cosmiques. Il est à noter que le spectre de protons observé par DAMPE, s'il est extrapolé à des énergies plus élevées, a une pente trop importante pour correspondre aux mesures des expériences au sol au-delà de PeV. Par conséquent, il y aura probablement d'autres indices pour une nouvelle physique sous la forme de caractéristiques spectrales dans la région 10 TeV - PeV, qu'il sera possible d'étudier à l'avenir avec des statistiques accumulées plus importantes avec DAMPE ainsi qu'avec de futures expériences spatiales telles que HERD.
L'expérience DAMPE est la mission spatiale dirigée par l'Académie chinoise des sciences. Cette collaboration comprend des instituts de premier plan en Chine, en Italie et à l'Université de Genève en Suisse. Le groupe de physique des astroparticules du DPNC joue un rôle de premier plan dans la collaboration avec DAMPE. Le groupe était responsable de la construction du Silicon-Tungsten Tracker, un sous-détecteur clé de DAMPE, et a directement contribué à cette nouvelle mesure du spectre des protons. Compte tenu du succès rencontré par l’expérience DAMPE et du rôle de premier plan joué par le groupe dans l’élaboration de la feuille de route des missions spatiales de la prochaine génération, l’Université de Genève a clairement le potentiel de rester un acteur clé de la physique des astroparticules spatiales au cours de la prochaine décennie.
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28 septembre 2019Actualités