Etude du rayonnement cosmique de très haute énergie (1-1000 TeV) – CREAM

Le projet présenté s'inscrit dans le cadre interdisciplinaire émergent des « astroparticules ». Il réunit des laboratoires de deux départements scientifiques du CNRS : l'IN2P3 (physique subatomique) et l'INSUE (astrophysique). Cette convergence est justifiée par les enjeux physiques de la démarche mais aussi par les savoir-faire expérimentaux spécifiques de ces communautés. Le principal industriel concerné par les achats nécessaires à la conduite du projet (Photonis) est un partenaire actif de l'IN2P3 avec lequel un groupe de recherche (GdR) est en cours de création. L'enjeu de la présente demande consiste à financer le détecteur et son exploitation dans la configuration scientifique . L'objectif scientifique du programme consiste à aborder des questions ouvertes fondamentales sur la nature et l'origine du rayonnement cosmique de particules chargées (RC), et en particulier les interrogations qui concernent : 1. Les Supernovæ comme sources du RC. 2. L'histoire et la propagation des rayons cosmiques dans la galaxie. 3. Le spectre en énergie du RC comme résultat d'un seul mécanisme d'accélération. 4. Le changement d'indice spectral gamma (dN/dE ~E^gamma) du spectre inclusif du RC vers 10^15-16 eV (« knee » dans la terminologie anglo-saxonne, genou en français), et son origine. Dans ce but, la collaboration CREAM II (Cosmic Ray Energetics and Mass) mesurera le spectre en énergie des éléments nucléaires du RC dans le domaine d'énergie qui s'étend de 10^12 à 10^15 eV. Ce domaine d'énergie englobe la limite supérieure des énergies accessibles à l'accélération par les ondes de chocs des supernovæ pour les protons (Emax ~10^14 eV). La mesure des spectres en énergie pour les éléments nucléaires depuis le flux de protons H, jusqu'au Fer (Fe) et au-delà, avec identification individuelle en charge de chaque élément chimique (qui constitue la spécificité de notre proposition de participation au programme) permettra de confronter ces données aux hypothèses actuelles sur le mécanisme d'accélération et fournira des éléments pour l'interprétation du genou de la distribution du RC. La détermination de certains paramètres clés des modèles astrophysiques de propagation sera améliorée d'un ordre de grandeur. Les conséquences toucheront non seulement l'astrophysique associée mais aussi les capacités de recherche de « nouvelle physique » des expériences opérant à plus basse énergie. La collaboration a réalisé en décembre 2004 - janvier 2005 le premier vol de l'expérience, battant le record de durée avec un vol ballon de 42 jours, cosmicray.umd.edu/cream/cream.html. Ce programme scientifique est classé en première priorité par la NASA pour bénéficier des vols d'ultra longue durée (ULDB) sur la nouvelle génération de ballons pressurisés, en cours de validation (http://www.wff.nasa.gov/~code280). La présente proposition se situe dans le cadre d'une collaboration tripartite (Grenoble-Mexico-Toulouse). Programme des travaux : Le programme instrumental comprend l'étude et la construction d'un compteur Cherenkov de mesure de la charge des particules (résolution de l'ordre de 0.3 unité de charge rms). Ce compteur sera une version adaptée de celui développé par les proposants dans le cadre de la collaboration AMS (spectromètre magnétique dont l'installation est prévue sur la Station Spatiale Internationale). L'objectif actuel est d'avoir une version partiellement équipée du compteur qui constituera le modèle d'ingénierie, et qui sera validée avant la fin 2006, La présente demande couvre la phase suivante de la construction du détecteur, c'est-à-dire la période correspondant à la finalisation du compteur courant 2007 et au rééquipement du détecteur après les deux campagnes de vol suivantes. Structure du projet: Le projet CHERCAM (Cherenkov Camera) est commun aux trois institutions suivantes avec le partage indiqué des tâches de construction : - CESR Toulouse : Étude mécanique, alimentations haute tension (conception), analyse des donné...