CE31 - Physique subatomique et astrophysique

New trigger:méthodes innovantes pour une radio-détection autonome, efficace, de haute pureté et duplicable des neutrinos et rayons cosmiques de haute énergie – NUTRIG

Résumé de soumission

L’origine des rayons cosmiques d’énergie extrême -les particules les plus énergétiques existant dans l’Univers, avec des énergies pouvant dépasser 10^20 eV- est encore un mystère, après un siècle de recherche théorique et expérimentale. La détection de neutrinos cosmiques au-delà de 10^17 eV pourrait permettre d’identifier leurs sources, et ces messagers seraient de manière plus générale des outils extrêmement précieux pour étudier les phénomènes violents dans l’Univers, grâce en particulier à des observations conjointes d’ondes gravitationnelles, l’astronomie gamma ou l’observation du rayonnement électromagnétique dans d’autres longueurs d’onde.

L’une des options les plus abouties et prometteuses pour détecter ces neutrinos d’énergie extrême consisterait à déployer des réseaux géants d’antennes radio couvrant des surfaces de 100000km² ou plus, tel que proposé par le projet GRAND notamment. De tels réseaux radio pourraient en effet détecter les impulsions électromagnétiques promptes associées au développement de cascades de particules secondaires engendrées dans l’atmosphère par les particules cosmiques d’énergie extrême recherchées (neutrinos mais aussi rayons cosmiques). La technique radio -très peu onéreuse- est en effet parfaitement adaptée au déploiement sur de telles surfaces, indispensables pour espérer détecter le très faible flux de particules cosmiques à ces énergies.

Une difficulté principale, non résolue aujourd’hui, réside néanmoins dans la mise en œuvre d’une logique de réjection en ligne des impulsions radio émises par les sources de bruit de fond (lignes hautes tension, communication radio terrestre ou aéronautique, orages,…) , bien plus fréquentes que celles induites par les cosmiques, mêmes dans les zones reculées ou seront déployés les détecteurs du type de GRAND. Nous proposons avec le projet NUTRIG de lever ce verrou technologique, en développant un système efficace et duplicable sur des réseaux géants qui effectuera une sélection des impulsions radio associées aux particules cosmiques, basée sur des signatures spécifiques qui diffèrent de celles des signaux de bruit de fond.

Ce projet novateur, développé en étroite collaboration par notre équipe franco-allemande, sera validé en conditions réelles sur l’expérience GP300, un démonstrateur de GRAND. L’expertise combinée des équipes allemande et française, pionnières dans la détection des rayons cosmiques et la radio détection autonome de cascades atmosphérique nous place dans une position privilégiée pour relever ce défi, et ouvrira la voie à une nouvelle génération de détecteurs géants de particules cosmiques.

Coordination du projet

Olivier Martineau (Laboratoire physique nucléaire et hautes énergies)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IAP Institut d'astrophysique de Paris
LPNHE Laboratoire physique nucléaire et hautes énergies
KIT Karlsruhe Institute of Technology / IKP

Aide de l'ANR 655 670 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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