Radiodétection et caractérisation de l'émission radio des gerbes cosmiques d'énergie supérieure à 1016 eV avec l'expérience CODALEMA

Radiodetection and characterization of the cosmic rays air showers radio emission for energies higher than 1016 eV withe the CODALEMA experiment

• Auteur / Autrice : Thomas Saugrin
• Direction : Pascal Lautridou, Olivier Ravel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement cosmique

Résumé

L’étude des rayons cosmiques de ultra haute énergie, particules dont la nature et l’origine reste encore aujourd’hui inconnue, s’effectue par la mesure de cascade de particule appelée gerbes cosmiques créées lors de leur interaction avec l’atmosphère terrestre. Deux techniques permettent de détecter et de caractériser ces gerbes : la détection au sol par réseaux de détecteurs de particules et la détection de la lumière de fluorescence émise par la gerbe. Idée datant des années 1960, la radiodétection de gerbes cosmiques par la mesure du champ électrique induit par les particules chargées de la cascade fut à l’époque abandonnée à cause de difficultés techniques. Créée en 2002, l’expérience CODALEMA a dans sa première configuration permis de prouver la faisabilité et l’intérêt de la radiodétection pour l’étude des rayons cosmiques. L’expérience a depuis subi une évolution majeure en remplaçant les antennes log-périodiques par des dipôles actifs dédiés à la radiodétection et en installant un trigger réalisé par un réseau de 17 scintillateurs capables de fournir une estimation de l’énergie des particules primaires. L’objectif de CODALEMA est de caractériser le signal électrique induit par une gerbe cosmique en fonction des paramètres physiques de la gerbe. Cette thèse présente, entre autre, les distributions angulaires des directions d’arrivées des gerbes mesurées par CODALEMA. Elles permettent pour la première fois de prouver l’origine géomagnétique du champ électrique induit par une gerbe. Les distributions latérales de champ électrique induit, ainsi que la corrélation entre l’énergie du primaire et l’amplitude du signal électrique sont également présentées.

Ultra high energy cosmic rays, extraterrestrial particles which nature and origin remain today uncertain, are ordinarily studied by using two major techniques of EAS (Extensive Air Shower) detection: ground particles detectors or fluorescence light telescopes. Appeared for the first time in the 60’, researches on EAS radiodetection by measuring the electric field induced by shower’s charged particles was first stopped because of technical difficulties. With the developpement of fast electronic, radiodetection technique became again potentially interesting for cosmic rays study. The CODALEMA experiment, since 2002, use and improve the radiodetection method. These last years, the experimental setup was largely modified, original log-periodic antennas were replaced by active dipole dedicated to radiodetection and the trigger, realized by an array of 17 scintillators, allow now to estimate the primary cosmic ray energy. Present objective of CODALEMA is to characterize the electric signal induced by an EAS, according to the physical parameters of the shower. In this thesis the main results obtain by CODALEMA are presented. The evidences for a geomagnetic origin of EAS radioelectric field is one the more important. Moreover a first study of electric field lateral distribution functions, and the correlation between the primary particle energies with the amplitude of the EAS electric field are also discussed.