Musique  :  Raggi Cosmici a Napoli

The cosmic-ray detector developed at the Gran Sasso National Laboratory of the National Institute for Nuclear Physics (INFN)

Dans  station « Tolédo » (Metropolitana di Napoli), il existe un capteur de rayons cosmiques (Raggi Cosmici) qui, à chaque détection et en fonction de la trajectoire d’iceux, joue une note ou une petite mélodie pianistique.

L’informelle mélopée d’un escalier mécanique plus ce cantique piano mu par ces particules quantiques, filles de cataclysmes célestes, incitent à la composition. 

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Le rayonnement cosmique…

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…est le flux de noyaux atomiques et de particules de haute énergie (c’est-à-dire relativistes) qui circulent dans le vide interstellaire. On désigne également aujourd’hui les « rayons cosmiques » sous le nom d’astroparticules.

Par  Lacosmo (original by Beetjedwars) derivative work: ComputerHotline – CC BY-SA 3.0,

Certaines de ces particules, de sources solaires, galactiques ou extragalactiques peuvent nous traverser, interférer avec l’ADN, traverser la roche et les bâtiments et profondément pénétrer les sols et sous-sol planétaires.

L’étude du rayonnement cosmique a commencé au début du xxe siècle avec les travaux de Victor Hess.
Une partie des rayons cosmiques de basse énergie (relativement au reste des rayons cosmiques : de l’ordre du MeV), piégée par le champ magnétique terrestre, participe à la formation des ceintures de Van Allen.

Station Toledo Napoli – Voir les photos du métro >>>>

La première observation conduisant à la découverte des rayons cosmiques a lieu en 1900, lorsque le physicien Charles Thomson Rees Wilson découvre que l’atmosphère est continuellement ionisée. Il suppose alors que ce phénomène est dû au rayonnement naturel de la Terre. Ses recherches sur l’électricité atmosphérique, l’ionisation et la condensation le conduisent à concevoir la première chambre à brouillard.

Il s’agit pour sa partie chargée principalement de protons (88 %), noyaux d’hélium (9 %), le reste étant constitué d’électrons, de différents nucléons (noyaux d’atomes) ainsi que de quantités infimes d’antimatière légère (antiprotons et positrons).

La partie neutre est quant à elle constituée de rayons gamma ainsi que de neutrinos. Cette dernière n’est pas toujours décomptée dans le rayonnement cosmique.

La particule la plus abondante au niveau de la mer est le muon, car celui-ci interagit peu avec la matière : on en dénombre en moyenne un par centimètre carré par minute.

Malgré sa durée de vie de 2,2 µs, qui correspond à une distance maximale de 660 m à la vitesse de la lumière, le muon parcourt des distances beaucoup plus grandes grâce à l’effet de dilatation du temps prédit par la relativité restreinte.

Les particules primaires (arrivant sur l’atmosphère) ont une énergie qui peut atteindre 10²⁰ eV. En dehors des neutrinos, les particules détectées au sol sont essentiellement des particules secondaires issues de gerbes atmosphériques, d’énergie bien inférieure.

En 2017 les premières confirmations de l’origine géographique du rayonnement haute-énergie sont données par la publication du résultat de 12 ans de mesures faites depuis 2004 à l’Observatoire Pierre-Auger à Malargüe en Argentine : ce rayonnement est clairement extragalactique, venant de galaxies situées dans une partie de l’espace située au-delà des confins de la Voie Lactée.

L’observatoire a en effet capté et étudié environ 30 000 rayons présentant des énergies dépassant 8 × 10¹⁸ électrons-volts. L’étude de la distribution angulaire de leurs entrées dans l’atmosphère a fini par mettre en évidence un motif (légèrement dipolaire⁵) sur la sphère céleste. Ce motif était situé à l’opposé de la direction de la Voie lactée.

Ce flux émanerait donc d’un excès de galaxies situé à une centaine de millions d’années-lumière. Reste à comprendre le mécanisme de sa production ; les spécialistes penchent pour des phénomènes nés de l’environnement d’énormes trous noirs et/ou de l’effondrement d’étoiles super-massives.

en résumé :

• Les rayons cosmiques sont des particules chargées de haute énergie traversant l’univers à des vitesses proches de celle de la lumière.
• Ils sont composés principalement de protons (~90 %), de noyaux d’hélium (~9 %) et d’une fraction minoritaire d’électrons et de noyaux lourds.
• Leur énergie couvre une plage extraordinaire, de quelques millions à plusieurs millions de milliards d’électronvolts.
• Leur origine est multiple : le Soleil pour les moins énergétiques, les supernovæ galactiques pour les intermédiaires, des sources extragalactiques encore mal identifiées pour les plus énergétiques.
• En entrant dans l’atmosphère, ils produisent des gerbes de particules secondaires — muons, pions, neutrinos — qui se propagent jusqu’au sol en cascades.
• Ces gerbes sont détectées par de vastes observatoires au sol, comme l’Observatoire Pierre Auger en Argentine, couvrant des milliers de kilomètres carrés.
• Ils ionisent l’atmosphère et pourraient jouer un rôle dans la formation de certains nuages, selon des hypothèses encore à l’étude.
• Ils constituent une source de radiation naturelle non négligeable, notamment en altitude et lors de vols aériens prolongés.
• Leur étude a été fondatrice en physique des particules : le positron, le muon et le pion y furent découverts avant l’ère des accélérateurs.
• Ils demeurent aujourd’hui une fenêtre irremplaçable sur les phénomènes les plus violents de l’univers, inaccessibles à nos instruments terrestres.

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Balade à Herculanum – De Rerum Natura – Surfarara – Vulcano – Raggi Cosmici a Napoli – La Valle dei Templi – Contrada Musica Mondovi