25/06/2023 La particule Oh mon Dieu

Les rayons cosmiques furent découverts en 1911 a bord d’un ballon captif par le physicien Victor Hess. Il s’aperçut qu’ils provenaient de l’espace et non de sources à terre. Ils ont été nommés rayons et ce nom fut conservé, bien que l’on sache aujourd’hui qu’il s’agisse de flux de particules, des protons souvent associés à des neutrons. Ces particules circulent dans l’espace intergalactique jusqu’à ce que certaines d’entre elles rencontrent des planètes.

Il y a 10 ans fut entreprise l’étude systématique de rayons cosmiques à ultra haute énergie découverts en octobre 1991. Il s’agissait de particules qui, au cours de leur voyage dans l’espace pénétraient dans l’atmosphère terrestre en émettant des éclairs d’une énergie jamais observée jusqu’alors et considérable, notamment l’un de 320 millions de Téraélectronvolts.

ll fut jugé important de découvrir la provenance de telles particules, la plus rapide ayant été surnommée Oh-My God particle ou OMG.
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Cependant, malgré le recours à de nombreux détecteurs à terre, cette origine n’est pas encore apparue. C’est pourquoi l’étude des rayons cosmiques et de leur origine est devenu un thème prioritaire de recherche en cosmologie. Les moins énergétiques de ces rayons sont les plus fréquents. Ils produisent en pénétrant l’atmosphère des pluies de particules secondaires qui peuvent interférer avec les réseaux électroniques terrestres. Les plus énergétiques sont les plus rares, une fois par siècle par kilomètre carré d’atmosphère.

Les rayons cosmiques disposent d’énergies variables, qui ont été bien étudiées. La limite de Greisen-Zatsépine-Kouzmine(ou limite GZK, en anglais GZK limit ou GZK cutoff) est une limite théorique supérieure de l’énergie des rayons cosmiques provenant de sources distantes (au-delà de notre galaxie). En d’autres termes, on ne devrait pas observer sur Terre de rayons cosmiques avec une énergie supérieure à cette limite. En réalité, des dépassements ont bien été observés. Cette anomalie encore inexpliquée, fait l’objet de recherches.

La particule OMG circule à une vitesse égale à 99 ,99 % celle de la lumière, une énergie des millions de fois supérieure à celle des particules produites par le Large Hadron Collider. Des centaines d’autres analogues ont été observées récemment. Elles sont nommées UHECRs ou Ultra-High-Energy-Cosmic Rays.

Avant 1990, il avait été supposé que ces rayons étaient des survivants de ceux produits peu après le Big Bang. Mais ils auraient été détruits par un si long voyage, comme l’indique la limite de Greisen-Zatsépine-Kouzmine. La source dont ils proviennent doit être relativement proche de nous dans l’espace-temps.

Parmi les candidats figurent ce que l’on nomme les noyaux galactiques actifs (activ galactic nuclei ou AGN). Il s’agit de zones denses et lumineuses, abritant un trou noir supermassif. Elles éjectent régulièrement des jets de plasma provenant du centre du trou noir. En moyenne, 1.000 galaxies disposent d’un AGN. Mais il n’est pas possible de remonter à la source de ces rayons, compte tenu des déformations subies dans les champs magnétiques traversés.

Référence

Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Oh-My-God_particle

Newscientist 3 June 2023 The Oh-My-God particle