Les rayons cosmiques sont des noyaux atomiques et des particules élémentaires qui voyagent dans l'espace à des vitesses voisines de celle de la lumière. Certains d'entre eux s'approchent suffisamment de la Terre pour être détectés par des instruments placés dans des satellites en orbite terrestre ou dans des sondes spatiales. D'autres pénètrent dans l'atmosphère terrestre, entrent en collision avec des noyaux d'oxygène ou d'azote, et produisent des générations successives de particules secondaires qui peuvent atteindre le niveau de la mer et parfois s'enfoncer profondément dans le sol (fig. 1). Ces proliférations des rayons cosmiques dans l'atmosphère sont appelées « grandes gerbes ». Les rayons cosmiques sont donc de deux types : primaires et secondaires.
Les rayons cosmiques primaires sont l'unique échantillon de matière qui nous parvienne d'au-delà du système solaire. Ils sont constitués en grande majorité de noyaux d'atomes, chargés positivement (étant donné leur vitesse élevée, ces noyaux ont perdu leur cortège électronique) ; toutes les espèces chimiques, de l'hydrogène à l'uranium, sont représentées. Seulement 1 p. 100 environ des rayons cosmiques primaires sont des électrons. Les positrons et les antiprotons sont encore plus rares.
La caractéristique la plus spectaculaire des rayons cosmiques primaires est l'énergie énorme qu'ils sont susceptibles de transporter individuellement : un seul noyau – d'hydrogène, par exemple – peut véhiculer jusqu'à quelques centaines de milliards de milliards d'électronvolts, soit quelques dizaines de joules, c'est-à-dire une énergie macroscopique qui suffirait à soulever de plusieurs mètres un volume de l'Encyclopædia Universalis ! Cependant, la majorité des rayons cosmiques primaires qui ont été observés jusqu'alors ont des énergies de quelques milliards d'électronvolts seulement. Ils représentent néanmoins dans l'Univers une population très privilégiée : en effet, si, dans le gaz interstellaire, moins d'une particule sur 10 millions […]
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