Published October 29, 2012
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Ultra-high energy cosmic rays: analysis of extensive air showers and their associated electromagnetic signal in the MHz domain
Description
In this HDR (accreditation to supervise research) report, the author proposes a review of the present results in the field of ultra-high energy cosmic rays. After a presentation of some results about the Fermi mechanism to accelerate cosmic rays, the author more particularly addresses the reconstruction of air showers, and the search for sources. He also addresses the radio signal emitted by air shower secondary positrons and electrons. He proposes an overview of the present knowledge on the basis of present experiments. Data show that the electric field is mainly due to the influence of the Earth magnetic field which acts on electrons and positrons, but more recently, the contribution due to electrons in excess seems to appear in data. The author reports the last advances in the field of simulation of the electric field, with notably the prediction of new signal produced by the disappearance of the air shower during its absorption by the soil
Abstract (French)
Les rayons cosmiques d'ultra-haute energie forment un sujet d'astroparticules tres actif car nos connaissances dans ce domaine sont encore loin d'etre completes. Par exemple, ni la nature ni les sources de ces particules ne sont clairement identifiees. Le seul fait experimental bien etabli a ce jour est l'existence d'une coupure dans le flux en energie, autour de 4 x 1019 eV, en bon accord avec la coupure predite par Greisen-Zatsepin-Kuzmin, comme consequence de l'interaction des rayons cosmiques avec le rayonnement de fond cosmologique, aux energies les plus hautes. Concernant les sources, seule une statistique accrue peut eventuellement resoudre l'enigme et il faudra probablement attendre une prochaine generation d'experiences, proposant une surface de collection encore plus grande que celles actuellement en cours d'acquisition, comme l'Observatoire Pierre Auger ou Telescope Array. Avant d'augmenter la statistique, une bonne connaissance a la fois de l'energie du rayon cosmique et de sa nature aidera a comprendre les mecanismes operant a leurs sources. Concernant l'identification de la nature du rayon cosmique, des ameliorations des detecteurs actuels sont en cours ou envisagees. Elles devraient permettre de mesurer certaines composantes specifiques des gerbes atmospheriques comme par exemple la contribution electromagnetique, via le champ electrique emis par les electrons et positrons secondaires. Je presente dans cette HDR une revue des resultats actuels concernant le theme des rayons cosmiques d'ultra-haute energie. Apres avoir presente quelques resultats sur le mecanisme de Fermi pour accelerer les rayons cosmiques, j'aborde en particulier la reconstruction des gerbes atmospheriques detectees par le reseau de surface de l'Observatoire Pierre Auger ainsi que la recherche des sources, basee sur la connaissance fine de la couverture du ciel, impliquant une maitrise des performances du detecteur. Je traite egalement en details le signal radio emis par les electrons et positrons secondaires des gerbes, dans le domaine du MHz. Ce signal est etudie depuis le milieu des annees 1960 mais la technologie n'en permet une exploitation complete que depuis les annees 2000. Je propose un etat des lieux de nos connaissances a travers les resultats des experiences actuelles dans ce domaine. Les donnees montrent que le champ electrique est principalement du a l'influence du champ magnetique terrestre agissant sur les electrons et positrons mais plus recemment, la contribution due a l'exces l'electrons semble apparaitre dans les donnees. Enfin, je presente nos dernieres avancees dans le domaine de la simulation du champ electrique, avec notamment la prediction d'un signal nouveau, produit par la disparition de la gerbe atmospherique lors de son absorption dans le sol. (auteur)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Rayons cosmiques d'ultra-haute energie: analyse des gerbes atmospheriques et de leur signal radio dans le domaine du MHz
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 259 p.
- Report number
- FRNC-TH--8676
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 44128128
- Subject category
- S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY; S79: ASTROPHYSICS, COSMOLOGY AND ASTRONOMY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- COSMIC ELECTRONS; COSMIC RADIATION; COSMIC RADIO SOURCES; COSMIC RAY SOURCES; COSMOLOGY; ELECTRIC FIELDS; FERMI RESONANCE; GAMMA RADIATION; GEOMAGNETIC FIELD; HIGH ENERGY PHYSICS; MATHEMATICAL MODELS; RADIATION DETECTION; RADIO TELESCOPES; RESEARCH PROGRAMS; S CODES; SHOWERS
- Descriptors DEC
- ANTENNAS; COMPUTER CODES; COSMIC RADIATION; DETECTION; ELECTRICAL EQUIPMENT; ELECTROMAGNETIC RADIATION; ELECTRONIC EQUIPMENT; ELECTRONS; ELEMENTARY PARTICLES; EQUIPMENT; FERMIONS; IONIZING RADIATIONS; LEPTONS; MAGNETIC FIELDS; PHYSICS; RADIATIONS; RADIO EQUIPMENT; RESONANCE; SECONDARY COSMIC RADIATION; TELESCOPES
Optional Information
- Notes
- 177 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/; Also available from Documentation, ecole des Mines de Nantes La Chantrerie, 4, rue Alfred Kastler - B.P. 20722 F-44307 NANTES Cedex 3 (France)