Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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98 L’astrophysique et l’exploration de l’Univers HESS Les quatre télescopes de 12 m de diamètre de la phase 1 de HESS, installés en Namibie. HESS (pour High Energy Stereoscopic System) est un ensemble de télescopes terrestres capables de détecter le rayonnement gamma de très haute énergie. Il doit son nom au physicien Victor Hess (1883-1964) qui découvrit, en 1912, que la Terre était bombardée, en permanence, par un flux de particules cosmiques de haute énergie. Domaine spectral Pour HESS : rayonnement gamma de très haute énergie (100 GeV - 50 TeV) observable depuis le sol par son interaction avec la haute atmosphère qui produit un très faible éclair de lumière bleue, appelé aussi lumière Cherenkov. Pour HESS 2 : (20 GeV – 50 TeV). Description• Dimensions : miroirs de 12 mètres de diamètre pour HESS et de 28 mètres de diamètre pour HESS 2.• Poids : télescopes de 50 tonnes, caméra d’une tonne (HESS).• Lancement : pas de lancement.• Position : au sol, sur le plateau de Khomas (Namibie), près du Gamsberg, à une altitude de 1 800 mètres.• Durée de vie de la mission : au moins 5 ans. Objectifs scientifiques Étude des processus d'accélération régnant dans des objets aussi variés que les vestiges de supernovae ou les noyaux actifs de galaxies. Recherche de processus exo - tiques de production de photons tels que les annihilations de matière noire sous forme de particules. Pour HESS 2, il s’agira d'accéder à des énergies de quelques dizaines de GeV. Instruments• Pour HESS : 4 télescopes de 12 mètres de diamètre répartis aux coins d'un carré de 120 mètres de côté. Pour HESS 2, un télescope de 28 mètres de diamètre au centre des quatre précédents. CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009•Pour HESS : 4 miroirs segmentés (380 petits miroirs sphériques de 60 cm de diamètre) de 2 mètres de diamètre. Pour HESS 2 : 600 miroirs hexagonaux de 1 m².• Pour HESS : 4 caméras (1,6 m de diamètre, 1,5 m de longueur et d’un poids de 800 kg), chacune dotée de 960 photomultiplicateurs (dispositifs sensibles à la lumière bleue et dont le temps de réponse est extrêmement rapide, de l'ordre de la nanoseconde), couvrant un champ de vue de 5°. Pour HESS 2 : une caméra de 3 tonnes, dotée de 2 048 photo - multiplicateurs, couvrant un champ de vue de 3°. Collaborations Environ 150 membres majoritairement allemands et français. Rôle du CEA• Électronique du circuit intégré spécifique nommé ARSO (pour Analogue Ring Sampler) initialement développé pour l’expérience Antarès. Seuls quelques laboratoires au monde sont capables de travailler sur les mémoires analogiques rapides. Pour les besoins du futur télescope HESS 2, l’ARSO sera remplacé par SAM (pour Swift Analogue Memory) fonctionnant sur le même principe mais avec une capacité de lecture de l’ordre de 105 événements/seconde.• Responsabilité de la conception et de la construction de la carte de déclenchement du niveau deux de HESS 2. Cette carte de déclenchement est un composant crucial pour obtenir des photons de moins de 50 GeV. Les photons de plusieurs centaines de GeV détectés par HESS proviennent généralement de sources de rayonnement non-thermique comme les nébuleuses de pulsars, les restes de supernovae, les noyaux actifs de galaxies. Leur émission résulte de collisions d'électrons et de positrons rapides sur des photons ambiants (effet Compton « inverse ») ou de la désintégration de pions neutres produits dans des collisions de protons. Le spectre en énergie de ces deux processus atteint son maximumentre quelques GeV et quelques TeV, c'est-à-dire dans les domaines d'énergie couverts par le satellite Fermi et par HESS. De l’étude combinée de leurs données viendra, peutêtre, la preuve que les restes de supernovae sont des accélérateurs de protons et donc des sources de rayons cosmiques. Grâce à sa résolution angulaire, HESS fut le premier à cartographier, en détail, des sources de photons de très haute énergie du plan galactique. La plupart de ces sources sont des restes de supernovae ou des nébuleuses de pulsars. HESS a également découvert de nouvelles classes d'objets cosmiques émetteurs de rayons gamma comme les étoiles binaires LS5039 et PSR B1259-63 ou encore l'amas d'étoiles jeunes Westerlund 2. D'autres sources plus exotiques de photons de très haute énergie sont également recherchées, dont l'annihilation d'hypothétiques particules de matière noire, prédites par les extensions du Modèle standard de la physique des particules. Prévue pour 2010, l’expérience HESS 2 devrait permettre d'accéder à des énergies de quelques dizaines de GeV. Aux quatre premiers télescopes installés au cours de la première phase, démarrée en 2003, s’en ajoutera un cinquième, doté d’un miroir de 28 mètres de diamètre et d’une caméra de 2 000 photomultiplicateurs. > Jean-Francois Glicenstein Service de physique des particules (SPP) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) HESS Colaboration
EDELWEISS De l’acronyme Expérience pour détecter, en site souterrain, les Weakly Interacting Massive Particles (WIMPS). Ni sur terre ni dans l’espace, cet instru - ment destiné à identifier la nature de la matière noire (25% de la masse de l’Univers) a été installé à 1 700 m sous terre, dans le hall du Laboratoire souterrain de Modane (LSM), situé le long du tunnel routier du Fréjus. La raison en est que, selon l’hypothèse la plus consensuelle, la matière noire se composerait de par - ticules nommées Wimps. Or, les théories de supersymétrie (SUSY), en phy si que subatomique, prédisent l’existence d’un nouveau type de particules, les neutralinos qui coïncideraient avec les Wimps. Le cryostat d’Edelweiss ouvert pendant le montage du détecteur. Ces particules fossiles du big bang, évanescentes, se concentreraient dans les galaxies en formant un halo, notamment autour de notre Voie lactée où « baigne » le système solaire et donc la Terre. Si ces particules s’avèrent si difficiles à détecter, c’est en raison de leur très faible interaction avec la matière ordinaire et donc, a fortiori, avec les détecteurs. D’où la nécessité de protéger ces détecteurs des parasites, notamment le rayonnement cosmique et la radioactivité naturelle (celle émanant, entre autres, du corps humain, des roches, des matériaux…). Ce qui explique l’ins - tallation souterraine de l’expérience, l’utilisation de matériaux d’une pureté radioactive extrême et le blindage multiple des détecteurs (80 tonnes de plombet polyéthylène). Grâce à son cryostat unique au monde par son volume (100 litres) et ses détecteurs ultra-sensibles (des bolomètres en germanium fonctionnant à 20 mK), les physiciens peuvent mesurer la très faible élévation de la température (à peine un millionième de degré) produite par les chocs infimes laissés par les WIMPS. Cette expérience a nécessité la coopération de neuf laboratoires, dont six français, deux allemands et un russe. > Gilles Gerbier Service de physique des particules (SPP) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 99 CEA



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