Extensive air showers and measurement techniques

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Abstract
A cosmic ray observatory records individual particles using the atmosphere as a transducer and amplifier. Each extremely high energy cosmic ray converts into an air shower that grows to billions of secondary particles. A large cosmic ray observatory senses all such air showers landing in a collection area that spans thousands of square kilometers. Measuring an air shower in detail yields an accurate arrival direction, a good energy estimate, and a likelihood distribution for the mass of the primary cosmic ray. Modern ‘hybrid’ observatories combine a surface array of particle detectors with telescopes that observe radiation produced by the developing shower front as it traverses the atmosphere. To cite this article: P. Sommers, C. R. Physique 5 (2004). Un observatoire de rayons cosmiques détecte des particules individuelles par leurs interactions avec l'atmosphère, milieu dans lequel le signal est amplifié par un grand nombre de réactions en cascade. Chaque rayon cosmique, s'il a une énergie très élevée, se transforme en une gerbe atmosphérique constituée de milliards de particules secondaires. Un grand observatoire de rayons cosmiques détecte de telles gerbes en instrumentant des surfaces de collecte s'étendant sur plusieurs kilomètres-carré. L'étude détaillée d'une gerbe permet de remonter à la direction d'arrivée et à l'énergie du rayon cosmique primaire, et d'obtenir une distribution de vraisemblance quant à sa nature. Les observatoires « hybrides » les plus récents couplent deux types de détection indépendants : un réseau dit « de surface » constitué de détecteurs de particules et des « télescopes » optiques qui collectent la lumière produite par le front de la gerbe à mesure qu'elle se développe dans l'atmosphère. Pour citer cet article : P. Sommers, C. R. Physique 5 (2004).

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