Vers la radiodétection autonome des rayons cosmiques de très haute énergie

Toward an autonomous radiodetection of ultra high-energy cosmic-rays

• Auteur / Autrice : Thibault Garçon
• Direction : Pascal Lautridou, Lilian Martin, Patrick Giraudeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire, Physique subatomique et applications
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement cosmique

Mots clés libres

Gerbe atmosphérique

Codalema

Radiodétection

Auger

Antennes

Résumé

Etudiée pour la première fois dans les années 60, la technique de radiodétection des gerbes atmosphériques montra des résultats prometteurs mais limités par les capacités techniques de l’époque. H. R. Allan synthétisa alors l’ensemble des connaissances dans une revue extensive dont les conclusions et les prédictions font encore référence aujourd’hui. L’expérience CODALEMA a été conçue en 2001 à l’observatoire de Nançay, d’abord comme un démonstrateur de la faisabilité de la technique de radiodétection des rayons cosmiques. Modifiée en profondeur en 2005, elle a permis de mettre en place une première corrélation en énergie et de prouver sans ambiguïté la prépondérance du champ magnétique terrestre dans l’émission radio de la gerbe. Le passage à de grandes surfaces de détection est la prochaine étape du développement de la technique. L’autonomie des détecteurs devient alors un élément crucial. Précédée de prototypes de tests installés en 2006 au sein de l’observatoire Pierre Auger, une nouvelle génération de détecteurs a depuis été développée et ses résultats sont détaillés. Cette thèse traite également des différentes problématiques liées à la technique de radiodétection : réponse d’antenne, sensibilité, impact de l’environnement, surveillance d’une expérience à grande échelle. La détermination, indépendamment d’un autre détecteur, des caractéristiques de la gerbe est discutée notamment la distribution latérale, la corrélation en énergie et la composition en fréquence du signal radio.

The radiodetection of extensive air showers, investigated for the first time in the 1960’s, obtained promising results but plagued by the technical limitations. At that time, H. R. Allan summed up the state of the art in an extensive review article whose conclusions and predictions are still used today. Set up in 2001 at the Nancay Observatory, the CODALEMA experiment was built first as a demonstrator and succesfully showed the feasibility of the radiodetection of extensive air showers. Radically modified in 2005, it allowed to obtain a clear energy correlation, and put in evidence an unambiguous signature of the geomagnetic origin of the electric field emission process associated to the air shower. The switch towards large areas is the next step of the technique’s development. Therefore, the autonomy of the detectors becomes essential. After test prototypes installed in 2006 at the Pierre Auger Observatory, a generation of new autonomous detectors was developed. Their first results will be presented. This work is also dedicated to the issues related to the radiodetection technique : the antenna response, the sensitivity, the surrounding effects, the monitoring of a big array. The determination of the shower characteristics independently of other detectors such as the lateral distribution, the energy correlation and the frequency spectrum of the radio transient will be discussed.