Étude statistique de quelques gerbes de rayonnement cosmique

(1)

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Étude statistique de quelques gerbes de rayonnement

cosmique

Pierre Auger, Paul Ehrenfest

To cite this version:

(2)

ÉTUDE

STATISTIQUE

DE

_QUELQUES

GERBES

DE

RAYONNEMENT

_COSMIQUE

Par PIERRE AUGER et PAUL EHRENFEST. Laboratoire de

_{Chimie-Physique.}

Paris.

Sommaire. - Une étude statistique de la _{répartition angulaire}des trajectoires formant les _gerbes de rayons cosmiques a été effectuée sur des clichés de chambre à détentes pris en haute altitude. La demi

divergence moyenne trouvée sur une centaine de _gerbesest de 18°. La répartition statistique par rapport

à la verticale est également donnée ainsi que le nombre moyen de branches des gerbes. 1. Introduction. - Nous avons

_{fait depuis}

deux ans

quelques

centaines de clichés de rayons

cosmiques

à la chambre de

Wilson,

parmi lesquels

on observe un

certain nombre de

_gerbes.

Ces clichés sont

_pris

dans des conditions assez diverses décrites dans un travail

antérieur

_(’),

mais

_toujours

avec une chambre à dé-tentes commandée par compteurs, et sans

_champ

ma-gnétique.

Nous ne tenons

compte ici que des gerbes

obtenues au Laboratoire du

_{Jungfraujoch,}

à 3 500 m

cl’altitude.

On

peut

faire sur cet ensemble

_{expérimental}

quel-ques mesures, sans doute assez

_grossières,

mais

_qui

peuvent

donner une

_{image qualitative}

du

_phénomène

des

_gerbes.

Ce seront ici des

_statistiques

du nombre de

branches,

des

_statistiques

de

_l’angle

_{moyen des} trajec-toires par

rapport

à _{la verticale et par rapport}à l’axe des

_gerbes.

2. Conditions. - Les

compteurs

commandant la chambre

_(au

nombre de 3 ou

₄₎

ont été

disposés,

soit les uns au-dessus des autres

_(au-dessus

et

au-dessous,

de la chambre schéma a,

fig.

1),

soit avec un

_décalage

Fig. 1.

de deux d’entre eux _{pour favoriser les rayons}

mul-tiples

(schéma

b,

fig.

1).

Au

_point

de vue de la

dispo-sition de la matière absorbante et

_gerbigène,

_quatre

dispositions

ont été

_{employées :}

A,

appareil

à l’air

libre,

sous une faible

_épaisseur

de

bois ; B,

sous une

plaque

de

_plomb

de 2 cm

_{d’épaisseur;}

_C,

sous 15 cm

de

_plomb

(écran

assez

_étroit,

et recouvrant

_juste

la

chambre) ;

D,

sous 15 cm de blocs de ciment.

a. Mesures. -- Les clichés ont été examinés au

point

de vue du nombre de

_{trajectoires qu’ils}

_portent,

soit n. On n’a pas tenu

_compte

des

_trajectoires

très molles

_{qui accompagnent}

_quelquefois

les

_{gerbes ;}

les évaluations obtenues par

plusieurs

observateurs

dif-(1) Journal de

_Physique,

_1936,_7,65.

fèrent dans des cas

_individuels,

mais la

_statistique

d’ensemble n’en est _{pas modifiée notablement. La}

courbe que nous donnons ici

_{(fig. 2)}

est celle

_qui

cor-respond

aux mesures

_d’angles

réellement effectuées. D’autres

_courbes,

obtenues avec _{des groupes de clichés}

plus

considérables

_(comprenant

des

_plaques

faites à

Paris)

ne _{montrent pas le maximum à 5}et le

mini-mum à 7

_qui

sont dus à des fluctuations

_{statistiques.}

Dans les 18 clichés où une

_plaque

de

_plomb

était

dis-posée

dans la chambre de Wilson

_{(épaisseur 5 mm),}

on a considéré à

_part,

comme des

_{gerbes séparées,}

les

gerbes apparaissant

au-dessus et au-dessous du

_plomb.

Fig. 2.

Les mesures

_d’angles

ont été faites avec un

rap-porteur ayant

une alidade

_mobile,

et

_portent

sur un

seul des deux clichés

_{stéréoscopiques}

obtenus dans

chaque

cas. Nous

_{désignons par}

a

_l’angle

de

_chaque

trajectoire

avec la

verticale,

compté

positivement

d’un

côté,

négativement

de l’autre.

_(Nous

n’avons _pas

in-diqué

l’orientation

_{géographique}

de la chambre

_qui

ne

paraît pas jouer

de rôle

_mesurable.)

Ces

_angles

sont

les

_projections

des

_angles

vrais. Les mesures

_portent

sur l12

_gerbes,

_comportant

1 206 rayons.

4.

_{Représentation}

des

_{gerbes. -}

On

_peut

alors

représenter chaque gerbe par

un schéma en

_portant

par

rapport

aux

_angles

_oc,le nombre de rayons

ob-servés dans des intervalles de 10° à

_partir

de la

ver-ticale. Les

_exemples

donnés

_figare

3 montrent deux

types

principaux,

les

_gerbes

_condensées,

dont toutes les branches sont serrées autour d’un axe

_qui

_peut

être vertical

_{(gerbe a)}

ou

_oblique

_(gerbe

_b),

et les

gerbes

diffuses,

dont les branches sont

_réparties

34

(3)

474

dans toutes les directions

_(gerbes

c et

d).

Les

dia-grammes résultant de mesures

_purement

_angulaires,

ne donnent aucun

_{renseignement}

sur le

_centrage

des

gerbes,

c’est-à-dire le volume de matière à

_partir

duquel

divergent

les branches : ce

qu’on

_peut

dire de

plus

général

à ce

_sujet,

c’est _{que les gerbes}

condensées,

au

_point

de vue

_angulaire,

sont aussi

_centrées,

et _que

Fig. 3.

les

_gerbes

diffuses ne _{le sont pas. Ainsi la}

_gerbe

a est

condensée

_{angulairement}

et est en fait centrée autour

d’un

_petit

nombre de

_régions

_origines.

Un

_exemple,

frappant

est celui de la

_gerbe

_f,

qui

est en réalité une

sous-gerbe,

une fraction de la

_gerbe

e, et

qui

est

formée de

_plus

de 20

_{trajectoires divergeant}

à

_partir

d’un volume initial de

_quelques

millimètres cubes du

plomb

placé

dans la chambre de Wilson

_(épaisseur

5

_mm).

5.

_Répartition

autour de la verticale. - Si l’on superpose les différentes

_{représentations}

schémati-ques des

gerbes

en faisant coïncider les

_origines,

on

obtient une

_{image statistique}

de la

_répartition

angu-laire

_{(en projection}

_{naturellement)}

_{des rayons des}

Fig. 4.

A. Air libre : N = 3~ ~ n = 258 n _ 8

B. Sous 2 cm Pb : _{N = 33 £ n = 515 n 15,5} C. Sous 15 cm Pb : 1’V = 99 ~ n .- 288 n 15 D Sous cm de ciment calcaire : 7V=10 S~==i45 _~=14,5

gerbes.

Elle a _{été faite pour les groupes de}

_gerbes

obtenues dans les conditions

_ABCD,

décrites

_plus

haut

(fig.

4).

On

_peut

_{constater que les rayons de}

_gerbes

provenant

de

_{l’atmosphère (ou}

des

_objets

de peu de

masse

_répartis

au dessus des

_chambres)

sont _peu

(4)

475

change

peu

(A).

Les

_trajectoires

de

_gerbes

provenant

d’un écran de 2cm de

_{plomb (écran}

_générateur

de

gerbes

optimum)

sont au contraire très serrées autour

de la

verticale,

montrant une

_persistance

très

marquée

de la direction initiale des rayons primaires leur

don-nant naissance

_(~).

Dans le cas

_C,

un écran de

_plomb

épais

de 15 cm, mais peu étendu en

_surface,

a eu _pour

résultat de

_{supprimer le groupe de rayons très voisins}

de la verticale et _{de laisser les rayons de}

_gerbes

obli-ques,

provenant

sans doute en

_{grande partie}

des bords de l’écran. Cela

_correspond

_{bien à l’idée émise par}

nous de la

_proportion

très faible de

_gerbes

_produites

par des rayons

ayant

traversé 15 cm de

_{plomb. La}

pro-portion

de

_gerbes

_par

_rapport

aux _{rayons solitaires est}

également beaucoup plus petite

que dans le cas B.

Enfin,

avec un écran de ciment

_(D)

la

_répartition

est semblable à celle due à un écran mince de

_plomb.

Dans

_chaque

cas nous

_indiquons

n,

nombre moyen de rayons

rectilignes

dans les

_gerbes

_(groupes

_supérieurs

ou

_égaux

à

3),

N nombre de

_{gerbes, En}

nombre total

des rayons.

6.

_Angle

de

_divergence

_{moyen. - Pour donner}

une idée de la

_{divergence angulaire}

_{moyenne des}

gerbes,

on

_peut

définir tout d’abord l’axe de la

_gerbe,

c’est-à-dire une direction telle que les trajectoires

fai-sant avec elle des

_angles

6

_(positifs

et

_négatifs)

on ait S 6 ~

0,

les

angles

considérés étant naturellement les

projections

des

_angles

vrais. On nommera

demi-diver-gence 8

d’une

_gerbe

_{donnée, comportant}

N

_branches,

la moyenne de la valeur absolue de tous les angles

0,

soit

t; .

L’axe sera

_pratiquement

_{défini par}son

_angle

w avec

la

verticale,

et _{la valeur de U) est donnée par}w

= ~ x.

n

On a alors

Exen¿ple:

La

_gerbe

b donne lieu à la liste suivante des

_angles

_{(n - 1 -1) :}

on en tire :

et la liste des 8 :

et enfin

L’ensemble des a étant obtenus, une

_{représentation}

de la

_{demi-divergence}

_{moyenne des}

_gerbes,

en

pro-jection,

sera _{donnée par la courbe}

_5),

où on a

porté

les nombres de

_gerbes

donnant des a

_compris

entre 0 et

_4°,

4° et

_8’B

etc. Qn voit que le maximum se

produit

pour 1

T ~.8~ environ. C’est un

_angle

assez

grand

si on considère

_qu’il

est une

_{demi-divergence}

calculée en

_projection,

et _{que cela donne pour la}

diver-gence moyenne réelle un

_angle

de l’ordre de 40°.

Fig. 5. Fig. 6.

Dans cette courbe nous avons mis toutes les

_gerbes

sur le même

_plan;

si l’on veut

_{pouvoir comparer}

ces

statistiques

de

_divergence

avec _{celles que donnent les}

systèmes

de

_compteurs

en

_{coïncidence,}

il vaut mieux

donner à

_{chaque gerbe}

une

_{importance proportionnelle}

au nombre de ses _{rayons ;}la courbe obtehue est celle de la

_figure

6.

7. Conclusion. - Ce travail est donné

principale-ment comme l’amorce d’une

_comparaison

entre les ré-sultats des chambres de Wilson et ceux des

_systèmes

de

_compteurs,

_comparaison

_quenous avons faite dans

un travail antérieur

_(’)

au

sujet des rayons

_pénétrants

solitaires,

et

_qu’il

_{paraît intéressant de faire pour les}

gerbes.

Nous remercions M. P. M. S. Blackett et M. Hu pour les

_{suggestions qu’ils}

nous ont faites au

_sujet

de ce

travail.

(1) P. AUGER et P. ËHRENFEST. C. R., 1934,

,99,

1609. Journal

de _{Physique, 1935,}_6,255.