Interprétation des mesures

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Cohérence de nos mesures

Écrit par Yann MASINSKI, Louis RAMU et Clément VIOLET – Elèves de 1ère S le . Publié dans Interprétation des mesures

Nous constatons sur cette courbe :

-          Une certaine « symétrie » après 180 min, soit 3h d’ascension du ballon avant d’exploser sur le flux de particules détectées. Nous avons bien deux maximums du flux qui sont cohérents (environ 2,5 ionisations/s/cm²), l’un correspondant à l’ascension et l’autre à la descente.

-          Très difficilement, mais a priori une légère décroissance du flux sur les 1000 premiers m d’ascension. Avec un zoom, nous constatons en effet qu’au-delà de 800m, on peut avoir un flux nul de temps en temps jusqu’à 1500m, c'est-à-dire que notre détecteur a été 10 s sans détecter une seule particule, étant donné que la carte a été programmée pour enregistrer pendant 10s avant de calculer la fréquence des ionisations. Il est tout de même difficile de conclure avec un tube de surface aussi faible.

-          Que le nombre d’ionisations par seconde et par cm² donc de particules détectées augmente avec l’altitude jusqu’à 16-17 km d’altitude pour stagner jusqu’à 21-22km d’altitude avant de décroître ;

Nous nous sommes posé alors un certain nombre de questions :

-          La première sur cette stagnation apparente : est-ce que le compteur arrivait à suivre avec ce nombre d’ionisations donc de particules important ? La documentation fournie avec le détecteur acheté, nous a indiqué que chaque pic en sortie du détecteur durait 100 ns, donc que le détecteur était en mesure de compter 100 millions de particules par s. Nos mesures n’ont pas excédé 2,2 ionisations/s/cm², soit 13 ionisations/s. 

Si ce n’est le compteur, la carte Arduino ?

-          Est-ce que nos mesures sont cohérentes avec celles faites par les scientifiques ?

Trouver des données correspondant aux notres venant d’études scientifiques n’a pas été simple. Nous avons trouvé des mesures dans un compte-rendu d’élèves de Guérande.

Ce graphique nous montre l'ionisation par des particules chargées en ionisation/cm²/s. Les 4 courbes correspondent à 4 lâchers de ballons le 12, 13, 14 avril 1993 à Moscou aux dires de nos homologues.

La variation des mesures effectuées à seulement 24h d’intervalles nous a fortement surpris et nous n’avons malheureusement pas d’explications.

 

Nous constatons que l’allure de notre courbe une fois la même disposition adoptée, est semblable. Nos homologies comme nous avons été surpris de constater que notre maximum de flux est de 1.7  à 1,8 ionisations/s/cm² très en dessous de celui mesuré à Moscou qui culmine à 4,2 ionisations/s/cm².

Nos homologues ont attribué cette valeur élevée à une activité solaire plus élevée au moment de ces mesures. Cependant au cours de nos recherches, nous avons trouvé des documents qui montrent qu’en période de fortes activités solaires, le rayonnement cosmique est moindre.

« Ce qui nous intéresse c’est qu’une partie du rayonnement galactique est déviée par le champ magnétique transporté par le vent solaire. En effet, l’atmosphère du Soleil laisse échapper en permanence un flux de particules qui remplit tout le milieu interplanétaire, que l’on appelle le vent solaire. Les caractéristiques, notamment magnétiques, du vent solaire varient avec l’activité solaire et induisent un champ qui repousse le rayonnement cosmique de la Terre. Ainsi, ce rayonnement atteignant la Terre est moindre lorsque l’activité solaire est forte. Au niveau de la Terre, le rayonnement suit donc, comme l’activité du soleil, un cycle de onze ans. »

L’activité solaire sur 2016 semble très proche de celle en 1993.

Nous pensons que cette nette différence de flux peut être reliée à la différence d’altitude entre Moscou et Tours. En effet, en se rapprochant du pôle Nord, les particules cosmiques pénètrent plus. La différence de latitude semble donc être aussi à prendre en compte !

Il est certain que beaucoup d’explications nous échappent comme la fiabilité de notre détecteur. Parvient-il à détecter tout le rayonnement cosmique ? Vendu pour ne détecter que la radioactivité b (électron et positon) alors que celui de nos homologues de Guérande était censé détecter la radioactivité a en plus, ceci nous a interpelés. Cependant en comparant leurs résultats aux notres, nous avons été rassurés de voir que leurs valeurs étaient proches des nôtres mais également de celles d’un autre établissement faite la même année (2014) avec le même détecteur que nous.

Pourquoi ces mesures nous ont surpris ?

Écrit par Yann MASINSKI, Louis RAMU et Clément VIOLET – Elèves de 1ère S le . Publié dans Interprétation des mesures

Nous avons dans un premier temps été surpris du fait que le nombre de particules détectées augmentent avec l’altitude. En effet, cela n’était pas cohérent avec la représentation première que nous nous étions fait de l’évolution de ce nombre de particules au fur et à mesure que l’on se rapprochait du sol. Voyant la plupart des représentations qui étaient faites de gerbes cosmiques, nous pensions naturellement que le nombre de particules cosmiques devrait augmenter au fur et à mesure que l’on se rapprocherait du sol. La représentation ci-dessous en attestant.


Vue artistique de gerbes de rayons cosmiques ultra-énergétiques 
(ASPERA/Novapix/L. Bret)

 

Cependant, en regardant de plus près le titre de cette image, « rayons cosmiques ultra-énergétiques », Loïc Vilain de la Faculté des Sciences de Tours, nous a expliqué que ce type de rayonnement cosmique très énergétique est excessivement rare et que la plupart des particules et rayonnements de la gerbe n’atteignent pas le sol avec un rayonnement cosmique primaire courant soit par désintégration soit par absorption.

En effet, la plupart des particules qui vont se former suite aux collisions avec des noyaux de l’atmosphère terrestre sont instables ou plus exactement radioactives donc vont se désintégrer et bon nombre d’entre elles vont donner lieu à de nouvelles particules moins énergétiques et un rayonnement électromagnétique.  Ces particules ne seront pas toutes suffisamment énergétiques pour donner lieu à de nouvelles particules par collision, et le rayonnement électromagnétique sera la plupart du temps absorbé par des atomes et molécules de l’atmosphère conduisant  à leur excitation puis désexcitation avec émission dans des directions quelconques.

Ainsi la plupart des « rayons cosmiques » n’atteindront pas le sol ! La représentation ci-dessous est bien plus cohérente avec nos observations, faisant apparaître un maximum de particules et rayonnement autour de 20 km comme nous avons pu le constater.

http://www.ulb.ac.be/sciences/intra/inforsc_archives/nrj/vilain_fichiers/vilain_pic3.html