C'est en découvrant puis en étudiant les radiations nous venant de l'espace que la physique des particules est née. Un siècle plus tard, l'étude des rayons cosmiques est plus que jamais d'actualité. Certes, nous pensons comprendre désormais comment ces particules cosmiques sont produites et comment elles voyagent au sein des champs magnétiques de la Voie Lactée. Mais au fur et à mesure que les observations se précisent, les modèles doivent s'affiner. D'autre part, la mystérieuse matière noire qui constitue un tiers de l'univers pourrait laisser des empreintes dans le spectre en énergie de certaines espèces cosmiques. Il est alors crucial de bien comprendre les fonds astrophysiques dans lesquels le signal se niche, et donc de mieux cerner les mécanismes de production et de transport des rayons cosmiques.
Après un rappel historique sur la découverte des rayons cosmiques, je détaillerai le modèle de la boîte qui fuit qui fut le premier à décrire leur propagation au sein de la galaxie. Cette théorie simpliste est efficace pour reproduire les observations, notamment le rapport du flux de bore à celui de carbone. Elle nous enseigne aussi que les particules chargées diffusent dans les champs magnétiques de la Voie Lactée et ne se propagent pas en ligne droite comme la lumière. Nous affinerons alors notre description grâce à un modèle où la diffusion joue un rôle central. Nous nous aiderons de certaines données de la radio-astronomie. Nous nous attaquerons ensuite à l'accélération des rayons cosmiques. Je décrirai le mécanisme de Fermi selon lequel les particules diffusent sur des noeuds magnétiques en mouvement, engendrant ainsi une accélération et une diffusion en énergie. Ce processus n'est cependant pas suffisant. Nous nous pencherons alors sur la manière dont un choc, issu par exemple de l'explosion d'une étoile massive, peut accélérer les noyaux du milieu interstellaire aux énergies observées. Je conclurai en présentant des travaux récents portant sur les sujets évoqués pendant le cours.
Notice biographique :
Ancien élève de l'Ecole Normale Supérieure, Pierre Salati est professeur à l'Université Savoie Mont Blanc et effectue ses recherches au Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique Théorique (LAPTh). Il s'intéresse tout d'abord au problème de la matière noire en cherchant des candidats sous forme de particules élémentaires. Il est Miller Fellow à l'Université de Berkeley en Californie où il travaille avec Joseph Silk sur les signatures stellaires de la matière noire. Il est ensuite boursier de la division Théorie du CERN de Genève où il collabore avec John Ellis. Depuis une vingtaine d'années, ses recherches glissent vers le rayonnement cosmique et notamment l'antimatière qu'il est susceptible d'abriter. Il est l'un des animateurs de la Cosmic Ray Alpine Collaboration, un groupe de recherche dédié à l'interprétation des observations récentes, notamment celles effectuées à bord de la station spatiale internationale par le spectromètre AMS.
