Protocole expérimental / Effets Est/Ouest

Que cherche-t-on à mesurer ?

L’objectif de cette expérience est de tester l’existence d’une asymétrie entre les flux de rayons cosmiques provenant de l’Est et ceux provenant de l’Ouest. Une telle asymétrie serait le révélateur de deux aspects de la nature du rayonnement cosmique :
– le fait que le rayonnement cosmique serait influencé par le champ magnétique terrestre et donc il serait constitué majoritairement de particules chargées ;
– le sens de l’asymétrie indiquera la nature de la charge représentée majoritairement dans le rayonnement cosmique ( un taux plus élevé venant de l’Ouest sera compatible avec des particules majoritairement de charges positives).

Ici au sol, nous allons chercher à mesurer directement le flux de muons cosmiques (ceux produits dans les gerbes atmosphériques) provenant respectivement de l’Est et ceux provenant de l’Ouest avec deux paires de détecteurs en coïncidence.

Description de l’expérience

> Détection dans un tube
Chacun des détecteurs individuels est composé d’un plastique scintillateur cylindrique et d’un photomultiplicateur placé au bout de chaque cylindre, de façon à regarder ce dernier dans le sens de la longueur.
Comme tous les autres détecteurs d’e-PÉRON, le principe de détection est basé sur la fluorescence : lorsqu’une particule chargée dépose une partie de son énergie dans le scintillateur, celui-ci la restitue par fluorescence sous forme de photons. Ces derniers sont détectés par le PM qui les convertit en électron et donc en courant électrique. Le comptage des signaux de chaque détecteur se fait alors par une carte d’acquisition QuarkNet pilotée par un Raspberry Pi.

> Coïncidence entre 2 tubes
Les 4 détecteurs cylindriques (scintillateurs) sont disposés par couple de 2 tubes : Tube 1 / Tube 2 et Tube 3 / Tube 4. L’objectif est de détecter les coïncidences au sein de chaque couple dans une direction fixe donnée (azimut + inclinaison) : le couple T1/T2 regarde vers l’Ouest avec une inclinaison de ~53.5° par rapport au plan horizontal, le couple T3/T4 regarde vers l’Est avec une inclinaison de ~52.5° par rapport au plan horizontal. Les directions des détecteurs sont fixes, à la fois en azimut, et en inclinaison. Les valeurs sont dues à la fois à une optimisation du signal et à des contraintes d’installation.
On considère qu’il y a une coïncidence entre 2 tubes lorsque les signaux sont quasiment simultanés, ce qui signifie alors que chaque détection est due à la même particule.

Une coïncidence détectée entre les tubes 1 et 2 signifie que le muon détecté provient de l’Ouest et donc que la gerbe qui l’a généré (et donc le rayon cosmique) vient globalement de l’Ouest. Pour une coïncidence entre les tubes 3 et 4, le rayon cosmique provient globalement de l’Est.

Ces coïncidences sont à analyser a posteriori car la base de données stocke tous les signaux des détecteurs individuels, qu’il y ait coïncidence ou non.