Le concept d'astroparticules exprime le lien de plus en plus étroit qui s'est établi entre physique des particules, astrophysique et cosmologie : dans la première moitié du xxe siècle, l'observation des rayons cosmiques conduit à la mise en évidence du positon, du muon et des cascades électromagnétiques ; ces recherches culminent à la fin des années 1940 avec la découverte des mésons, des rayons cosmiques primaires (constitués de protons et de noyaux d'atomes) et des grandes gerbes. Les accélérateurs supplantent ensuite les rayons cosmiques comme sources de particules, au cours d'une période prolifique d'où émergera le modèle standard des particules. De leur côté, l'astrophysique et la cosmologie observationnelle vont bénéficier de nouveaux instruments embarqués à bord de fusées et de satellites ainsi que des avancées dans les techniques des détecteurs au sol.
Le terme « astroparticules » désigne ainsi les messagers de l'Univers, proche ou lointain, à la fois source et laboratoire de physique des particules et de cosmologie, impliquant la physique microscopique et celle de l'Univers primordial : neutrinos, dont l'énigme de la masse semble près d'être résolue, rayons gamma et neutrinos de haute énergie, rayons cosmiques de très haute énergie qui entrent, malgré leur rareté, dans une phase de détection intensive, ondes gravitationnelles.
1. L'astronomie des neutrinos
Les neutrinos (ν), produits en grande abondance par des processus divers à des énergies qui s'étendent de 10—5 à 1015 électronvolts, peuplent l'Univers à raison d'environ 300 par centimètre cube. Sont-ils massifs ? Les mesures directes de leur masse, très difficiles, donnent des limites supérieures, mais plusieurs expériences ont fourni des indications de la présence d'oscillations entre les trois espèces de neutrinos (νe, νμ et ντ) associées aux trois leptons chargés (électron, muon et tau) ; ce phénomène quantique de changement d'identité au cours de la propagation est lié à une masse non nulle du neutrino. Dans le cas simplifié de deux espèces de neutrinos […]
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