Le spectre de densité des grandes gerbes atmosphériques (gerbes d'Auger)

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Submitted on 1 Jan 1948

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Le spectre de densité des grandes gerbes atmosphériques

(gerbes d’Auger)

A. Loverdo, J. Daudin

To cite this version:

LE SPECTRE DE

DENSITÉ

DES GRANDES GERBES

_{ATMOSPHÉRIQUES}

_(GERBES

_D’AUGER)

Par A. LOVERDO et J. DAUDIN.

Laboratoire de

_Physique

de l’École Normale

supérieure.

Sommaire. 2014 Nous

avons étudié le _spectre de densité des grandes gerbes de l’air à 2900 m d’altitude.

Nous avons _exploré, avec une attention _{particulière,} la _région des très faibles _densités, en utilisant des

groupes de compteurs de surface allant _jusqu’à 2500 cm2. Les mesures, effectuées sur des bases _{de 4} m

et de 50 m, mettent en évidence la relation entre l’exposant 03B3 du _spectre de densité et l’extension des

gerbes.

LE _JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. SÉRIE _VIII, TOME _IX, AVRIL 1948.

Introduction. - Nous _avons

effectué,

en août et

_septembre

_dernier,

à l’Observatoire du Pic du Midi

(pression atmosphérique

moyenne

équivalente

à

73o cm

d’eau)

une série

_{d’expériences}

sur le

_spectre

de densité des

_gerbes

d’Auger.

Ces

_expériences

ont

été

_entreprises

dans le but d’éclaircir certains

_points

restés en _suspens

_après

les mesures _{faites par les}

auteurs sur le même

_sujet,

en France et en Italie

_(1).

La

_plupart

des mesures ici décrites ont été faites

avec une

_{disposition expérimentale}

très voisine de celle

_adoptée

en

_Italie,

trois _groupes de

_compteurs

en

_{parallèle (coïncidences T)}

étant

_disposés

en un

plan

horizontal aux sommets d’un

_triangle

de

4

m

de base et de

2,5o

m’de

hauteur,

le

_quatrième

_groupe de

_compteurs

_{(coïncidences Q}

avec les trois

_premiers)

au centre de ce

_triangle.

Nous avons

_{soigneusement}

évité toute

_présence

de matière à

_plus

de

450

au-dessus de l’horizon de

_chaque

élément du

_dispositif

adopté.

Immédiatement au-dessus des

_compteurs

ne se trouvait

_{qu’un plafond}

de cm environ en

contre-plaqué,

et à 1 m environ

_au-dessus,

un toit

de

_protection

de i mm d’Al

_(en

tout une voùte

de i _{g :}

_cm-2).

Les coïncidences

triples

et

quadruples

étaient

_{enregistrées}

simultanément. Le

_montage

et la

_disposition

des

_appareils

ont été _{faits par}

A. Loverdo. Nous avons été aidés dans les

obser-vations par M. Lefebvre.

Rendemènt

_{géométrique}

des

_compteurs

en

parallèle (influence

des

_{gerbes inclinées).}

-Nous avons au début étudié

_{systématiquement}

la diminution de surface efficace de

_compteurs

en

parallèle,

due aux

_gerbes

inclinées

_(2).

Des mesures

de coïncidences

_triples

et

_quadruples

avec la

dispo-sition décrite

_ci-dessus,

ont été effectuées en fonction de la distance d entre les axes de nos

_compteurs

de 3o mm de diamètre avec

_cinq

_compteurs

_par

groupe, et d = 30,

60,

go et 2o mm

_{( fig. i).}

Cette

Fig. 1.

mesure

_indique

un effet bien

_marqué

_{pour d variant} de 3o à 60 mm et

_suggère

l’existence d’un

_palier

au-dessus

_(*).

Ce résultat nous a conduit à

_préconiser

dans toutes nos mesures un

écartement

de 60 mm

entre les axes des

_compteurs

en

_parallèle.

D’autres

mesures ont été faites avec d = 3o _mm et d = 60 mm et 10, 15

est 19 compteurs

par groupe, dans le but d’évaluer les corrections à

_apporter

aux résultats de

_{l’expérience}

italienne

_(2,

4,

6 et 8

_compteurs

de

45

mm de

_diamètre)

dans des conditions

expéri-mentales voisines.

Cette correction est, en

_triples,

de l’ordre

de 1 _pour 10o de la

_fréquence

_par

_compteur

en

parallèle.

Nous voyons,

d’après

la

figure

2, relative à la (1) J. DAUDIN et A. LOVERDO, J’. de _{Physiq~ue, ~ 1947,} 8,

p. 233.

(2) Si l’on _ajoute un _compteur en _parallèle à un autre

compteur et si l’on _{fait de même pour tous les} compteurs en

coïncidence, Femcacité n’est pas multipliée par 2, du fait

que les chocs dans les deux _compteurs en _parallèle ne sont pas indépendants. Parmi les _{gerbes qu’enregistre} le deuxième

compteur il en est _{qui frappent} le _premier. Pour ces _gerbes là

l’adjonction du deuxième compteur est sans effet. Cette

corré-lation entre les chocs sur les deux compteurs en _parallèle

est due : a, aux rayons inclinés traversant les deux _compteurs.

Cette corrélation disparaît en écartant comme nous l’avons fait les _compteurs de leur diamètre; b, aux _gerbes très denses. Cette corrélation est incluse dans la loi de _fréquence; c, à l’association locale (condensation) qui entraîne une _probabiiité

plus grande d’enregistrer un _rayon au _voisinage d’un autre

rayon. L’effet de cette association locale _{quoique petit} est

certain, mais extrêmement différent suivant les _montages

[voir DAUISIN, J. de _{Physique, rg4?, 8, p. 3oi)].} En conclusion,

il y a un facteur formé des compteurs dans le y. C’est à ce

facteur _qu’il faut sans doute attribuer la valeur différente de _{y observée par Maze.}

135

mesure de y en

_triples

à 2200 ms. n. m. _que cette

correction

porterait

la

_pente

de i,3o à

1,35

pour

Fig. 2.

les

_{plus grandes}

_surfaces,

rendant ainsi moins

marqué,

au moins

_jusqu’à

m2,

le fléchissement

du

_spectre

de densité.

L’exposant

y du

spectre

de densité des

grandés

gerbes

de l’air. - Nous

avons

_repris

ensuite la

mesure de

_l’exposant

du

_spectre

de densité des

grandes gerbes d’Auger

dans les buts suivants :

a. Vérifier le sens de variation de

_l’exposant

y

avec

_{l’altitude;}

b. Rechercher un fléchissement

_probable

de cet

exposant

pour les

petites

densités,

par l’utilisation de surfaces de

_compteurs

en

_parallèle

allant

jus-qu’à

2500 cm2 environ.

Fig. 3.

Les résultats de ces mesures sont

_consignés

dans le Tableau 1 et résumés en

_figure

3 dans un

diagramme log

1V -

log

S.

TABLEAU 1.

La mesure de

_l’exposant

_{y, par la méthode des}

surfaces,

donne une valeur de

_1,30

et ne semble

pas

indiquer

de fléchissement

jusqu’à S

= 130o CM2.

La

_pente

semblerait sensiblement

_plus

faible au delà

_(y

= mais les mesures de rendement des sélecteurs

_[les

_étages

en coïncidence se trouvant

sous un _{mouvement propre très}

_élevé,

les chocs

en

_plus

étant déformés en forme et

_amplitude

à

cause de la mise en

_parallèle

de

_{plusieurs compteurs}

_(3)]

se sont révélées

_négatives

_pour un nombre de comp-teurs

_supérieur

à 10 _{par groupe.} Ceci ne nous

_permet

pas actuellement de considérer comme réelle cette

diminution de

_pente.

D’autre

_part,

le rendement du deuxième sélecteur

qui

enregistrait

les coïncidences

_quadruples,

à cause

des difficultés

_{expérimentales}

rencontrées au Pic

du

Midi,

était loin en tout cas d’être

satisfaisant;

c’est à

_quoi,

de notre

_avis,

doit être attribué le

t 3) Il a été décelé par la suite une _perte de _{quelques pour} i oo

pour les _{comptages propres très élevés, perte due à la}

cons-tante de temps non _négligeable du circuit grille de la

136

désaccord entre

_{le ;}

_{donné par} la méthode des surfaces et celui calculé à

_partir

du

_{rapport %}

(interprétation

d’ailleurs _{confirmée par} le sens de la variation avec les surfaces de

_l’exposant

_y ainsi

calculé).

Il

_paraît,

en

_conclusion,

_que

_{l’exposant y diminue}

avec

_{l’altitude,}

contrairement aux conclusions

précé-dentes de l’un de nous et aux

_prévisions

de la théorie des cascades. Cette variation

_anormale,

affirmée

depuis longtemps

par l’école

française,

a d’ailleurs

été confirmée par les récents vols en avion de Maze

et Fréon.

Lâ

_question

d’un fléchissement de

_l’exposant

_y pour les très

petites

densités reste au contraire

encore ouverte.

Fréquence

des

_{gerbes d’Auger}

de densités différentes à 4 et à 50 m. - Une série de mesures en coïncidences

_triples,

a été effectuée dans le but

d’étudier la variation de

_fréquence

des

_gerbes

d’Auger

avec la densité en fonction de leur extension.

Ces mesures ont été faites sur une base

_{de lu}

et de 5o m,

avec des

_s,urfaces

de

_compteurs

par groupe de

o,o65o

et _0,1300 m2. Les résultats obtenus à 5o m sont résumés dans le Tableau

II,

ainsi que la valeur

, . r 4 m

du

_rapport

. l’ 50 m

TABLEAU II.

Les résultats obtenus avec S =

o,o13o

sont en

accord avec ceux _{obtenus pour} les mêmes

écarte-ments avec des

_compteurs

de surface de même ordre

de

_grandeur

dans les mesures de décohérence

effec-tuées _par l’école

_d’Auger.

De

_grand

intérêt sont au contraire les résultats

relatifs aux densités

plus

basses : la courbe de décohérence des

_gerbes

_d’Auger

de faible densité semblerait donc être différente de celle obtenue

avec des densités

_{correspondantes}

à des

_compteurs

de surface de l’ordre de La valeur de

l’exposant

y à 5o m serait de l’ordre de

i,5o.

Ceci

signifierait

que la loi de

fréquence

des

gerbes

de très

grande

extension défavorise les

_grandes

densités

(résultat

raisonnable)

(1).

Des mesures

_{systématiques}

sur les courbes de

décohérence des

_{gerbes d’Auger}

de différentes densités

sont en cours de

_préparation

au niveau de la mer

et en altitude.

Tous les

_compteurs

utilisés de surface efficace

de 130 cm2 sont à cathode externe

_{(système Maze).}

Ils se sont révélés tout à fait sûrs et constants dans leur

_{fonctionnement,}

_{malgré qu’aucune précaution}

spéciale

n’ait été

_prise

_{pour les maintenir dans} des

conditions de

_température

constantes.

_Chaque

groupe de

_compteurs

en

_parallèle

_{était ~relié}

à un

préampli-ficateur d’un

_système

retardateur. Le

_pouvoir

de résolution des sélecteurs était de l’ordre de

CE

fs. Nous remercions le Centre national de la Recherche

scientifique

qui,

avec

_l’appui

du Professeur P.

Auger,

nous a

_permis

_{d’entreprendre}

cette mission au Pic

du Midi.

_Également

MM. Maze et Fréon et tous les

collaborateurs du laboratoire pour leur aide constante.

(1) Nous avons fait aussi des mesures sur base de m, tous

les _groupes de _compteurs étant ainsi très voisins. Nous n’avons pas trouvé de différence dans la loi de _fréquence avec les

gerbes d’extension 4 m.

(*) Des expériences ultérieures et pli.s précises paraissent montrer que l’efilcacité _{d’un groupe de compteurs} continue à croître lentement lorsqu’on écarte les _compteurs de _plus de leur diamètre (effcet c de la note 2, p. i34).