III + II TO

‘s0q19$ Sopurié serdnipen() :

po ‘a ‘e sed

JII °H9S

70 J. DAUDIN

Les courbes d'absorption sont tracées sur la figure 17. L’échelle des ordonnées est une échelle logarithmique (logarithme népérien de la moyenne horaire du nombre de coïncidences) qui permet de lire mieux les coefficients d'absorp-

tion.

l'heure

Le) os UE

NE NE Pa erie IV

: | | D SE © è | } Jderies Iet I] = : ; ee : 20cm “ON DS Een 10° ne ee % NS + È NS - “ Se À Epaisseur de l'ecran ; & e plomb E è per è di = + *S-10 D à | IN È de & \ Ê \ S-15 Ni EN ë LES S Nu re & erbes -20 ie < Sy ù ee -25 ie Det

Fig. 17. — Absorption du rayonnement pénétrant accompagné p Q l’a: 1 4 1 dans l’air. — En abscisses | épaisseur d'écran de plomb.

De haut en bas : base 5 cm. d'envergure ; base 20 cm. d'envergure :

base 3 m, d'envergure.

Deux genres de gerbes de l'air pénétrantes. — Les coïncidences quadruples forment une partie notable des coïncidences triples. Comme en altitude les gerbes pénétrantes de l’air font souvent partie de grandes gerbes. Cependant il y a un autre effet : alors que les coïncidences quadruples sont très peu sensibles à la géométrie des compteurs à, b, cd les coïncidences triples y sont très sensibles, de plus leur absorption est bien moins rapide que celle des quadruples.

Deux composantes constituent les gerbes pénétrantes de lair.

L'accompagnement du méson. — Plus la base des gerbes est petite plus la courbe d'absorption diffère de celle des grandes gerbes : choisissons donc la courbe établie pour les compteurs ab accolés pour étudier ces gerbes locales. Nous constatons que l'absorption du rayonnement pénétrant devient très lente à partir de 10 à 15 cm. de plomb surtout si nous déduisons la part des grandes gerbes. La particule pénétrante est probablement unique puisque si lon fait varier la distance des plans ab et cd, le nombre de coïncidences varie en gros comme l’angle solide utile sous lequel le compteur inférieur est vu de l’autre. La densité dans l'air est faible puisque la sensibilité est très grande vis-à-vis de la disposition géométrique. Tous ces caractères s'accordent bien avec l'hypothèse suivant laquelle il s'agit de mésons accompagnés d'électrons. Depuis longtemps Bahba a proposé théoriquement l’existeace d’une sorte d’effet photoélectrique par lequel le méson communique une certaine vitesse à un électron de choc. Cet accompagnement du méson a été étudié dans le plomb, très rarement dans l'air. Bernardini à évalué le nombre de ces électrons de choc par mesure directe à 20 o/o du nombre total des électrons au niveau de la mer. Comme les électrons sont trois fois moins nombreux que les mésons, les mésons accompagnés d'électrons de choc forment 7 o/o du nombre des mésons. L'évaluation que j'ai faite d'après les résultats précédents conduit au même ordre

72 J. DAUDIN

de grandeur. Les électrons de choc des mésons dans l'air sont un phénomène rare, ils ont probablement presque toujours une énergie très faible et ne forment pas de gerbes denses.

Les parties pénétrantes de grandes gerbes. — Les coïncidences quadruples ne représentent qu’une fraction des grandes gerbes qui frappent le sélecteur pénétrant a, b, cd, parce que le compteur éloigné n’est pas toujours déclenché. Le rendement du compteur éloigné doit varier de 35 0/0 environ à 5o ou 7o o/o pour les grandes gerbes de très grande énergie. Il en résulte que dans le montage local des séries Il et III qui défavorise le plusles faibles densités, les coïncidences triples attribuables à des grandes gerbes constituent un pourcentage très élevé allant de 50 à 20 0/0.

Le rôle des grandes gerbes parmi les gerbes locales de l’air est naturellement bien plus grand que leur rôle dans la production de gerbes sous une voûte de plomb (évaluée par P. Auger à quelques o/o) parce que la plupart des gerbes produites sous plomb sont dues à des électrons isolés ou à des électrons de choc de mésons.

Pourquoi la géométrie des compteurs a, b, cdest-elle sans influence sur la fréquence des grandes gerbes enregistrées ? On le comprend immédiatement puisque le rayonnement de grande énergie est entouré d'une condensation qui sature les compteurs quelle que soit leur position. On peut donc ajouter les résultats obtenus pour les quatre séries et établir le tableau d'absorption suivant :

Epaisseur de 20 cm.

écran 0 cm. 5 1,5 10 15 de plomb Moyenne bho- 3 raire. . . 1,15 +0,1 0,73 + 0,06 0,45 + 0,1 0,22 + 0,03 0,12 + 0,02 0,10 + 0,02

Pourquoi l’absorption est-elle si petite entre o et 5 cm. de plomb ? Cela se comprend si l’on pense que le dispositif des 3 compteurs a, b, cd sélectionne sans plomb les condensa-

tions dans les grandes gerbes. D’après les calculs du chapitre IIT ces 3 compteurs sont touchés par une condensation dans plus de la moitié des cas. Comme les rayons d'énergie supérieure à l’énergie critique, capables de traverser 5 cm. de plomb sont concentrés dans les condensations, il est compréhensible que l'absorption soit faible entre o et 5 cm. de plomb.

Analyse du rayonnement. Electrons rapides. — Ces courbes d'absorption permettent une analyse sommaire de la composition des gerbes de l’air que m'a suggérée P. Auger. Jusqu'à 5 cm. de plomb sont absorbés les électrons au-dessous de l'énergie critique dans l'air. Entre 5 et 15 cm. de plomb sont absorbés les électrons et photons de grande énergie. Enfin au delà de 15 cm. de plomb, il ne peut rester que des mésons ou en tout cas des particules dures. Le tableau suivant donne donc le nombre de coïncidences horaires attribuables à ces trois sortes de particules dans les gerbes de

l'air :

Gerbes Gerbes Gerbes ne comprenantque comprenant comprenant des électrons des électrons des corpuscules Base lents rapides énétrants P E 6) A Rte mi 2,30 + 0,6 2,3 20 cm. … 2,6 0,6 NO PO) 1,0 STE 0,42 +0,16 0,61 +0,08 0,1

L'enregistrement des gerbes comprenant des électrons lents ou des corpuscules pénétrants est très sensible à l’extension du système de compteurs. Il s’agit de gerbes peu denses associées aux grandes gerbes dans 5 0/0 des cas environ. Au contraire les gerbes comprenant des électrons ou des photons de grande énergie sont associées très fortement aux grandes gerbes, puisque les coïncidences à 3 m. constituent 27 oJo des coïncidences sur 5 em. Les électrons d'énergie supérieure à l'énergie critique sont, même au niveau de la mer, le plus

souvent associés à des grandes gerbes.

74 J. DAUDIN

L’absorption de ces électrons rapides de grande gerbe suit-elle l'absorption théorique ? On peut montrer qualitativement qu’elle n’est pas assez rapide. Rossi, Janossy et Arley ont montré que l'absorption des.électrons et des photons est en accord avec les prévisions théoriques entre o et 5 cm. de piomb. Cependant déjà vers 5 cm. de plomb labsorption expérimentale est un peu plus faible que l’absorption théorique. Les derniers calculs d’Arley prévoient que de 3 em. 2 à 5 cm. de plomb les 2/3 du rayonnement restant sont absorbés. Or nous voyons sur la courbe d'absorption des grandes gerbes que l’absorption de 5 cm. à 7 cm. 5 de plomb n’est que de 50 o/o. Théoriquement l'absorption devrait s’'accentuer vers 5 cm. de plomb puisque le spectre d'énergie est de plus en plus décroissant au voisinage de l’énergie critique. Trois corrections peuvent être faites à la théorie dans le sens d’une plus grande pénétration :

a) Les calculs d’Arley s'appuient sur ceux de Bahba et Heitler, Au chapitre premier nous avons vu que ces derniers ont fait des simplifications qui aboutissent à une dégradation trop rapide de l'énergie surtout aux grandes énergies.

b) On n'enregistre pas les électrons de grande énergie seuls mais en coïncidences avec un compteur éloigné dont le rendement n’est pas constant. Les faisceaux électroniques de très grande énergie doivent être entourés d’une densité plus élevée et être enregistrés avec une plus grande probabilité.

c) Les condensations sont assez denses pour que la probabilité de passage de plusieurs trajectoires à travers le même compteur ne soit pas négligeable. La probabilité de pénétration est proportionnelle au nombre de rayons. En outre les condensations les plus denses contiennent les électrons les plus rapides.

Le raccord entre les pénétrations expérimentales et théoriques est d'autant plus souhaitable que les prévisions théoriques pour les électrons rapides ont été confirmées à d’autres points de vue : Montgomery a prouvé l'accord entre la théorie

et l’expérience au sujet des pertes d'énergie jusqu’à quelques 10% ev. Heitler a montré que le spectre théorique en E—25 est en accord avec la variation du rayonnement en altitude. Enfin nous venons de voir qu’il y a des indices pour que le nombre des rayons de gerbe soit en accord assez satisfaisant avec la théorie.

Le rayonnement de grandes gerbes persistant au delà de 15 cm. de plomb est nettement hétérogène. La pente de la courbe d'absorption diminue rapidement. Nous avons discuté à la fin du chapitre III la participation de corpuscules pénétrants aux grandes gerbes et montré toutes les raisons d'admettre qu'il existe des particules pénétrantes simultanées dont le cliché n° 6 déjà cité pourrait constituer un premier exemple.

Rayonnement pénétrant accompagné dans l’air et dans le plomb. — L'accompagnement dense des rayons pénétrants semble être caractéristique des pinceaux de grandes gerbes tandis que le méson est accompagné, rarement, d'électrons isolés.

J'ai donc songé à vérifier les conclusions précédentes en cherchant la proportion des gerbes pénétrantes qui sont également accompagnées dans le plomb.

Il m'a suffi pour cela de découpler les compteurs c ‘et d'et de brancher le compteur d sur le 2° sélecteur S'à la place du compteur éloigné. Entre c et d une feuille de 2 mm. de plomb était destinée à servir de protection contre les inductions mutuelles. J'ai donc enregistré simultanément les coïn-

cidences triples abc et les quadruples abcd.

Epaisseur de l’écran de plomb supé-

Te ere" 0 cm. 5 cm. 15 cm.

Gerbes de l'air (triples) . . 41en4h.30 —9,1 148/37 h.35 — 4 8 en %6h. =4,0701019

Coïncidences quadruples . 16,41 — 390/0 36/148 = 24 0/0 8/81 = 10 0/0

76 ° J. DAUDIN

Le pourcentage des coïncidences quadruples diminue rapidement sous des écrans épais. Cette diminution traduit l’absorption plus rapide des condensations de grande gerbe tandis que les mésons peu absorbés ont une probabilité négligeable d’être accompagnés simultanément au-dessus et au-dessous du plomb L'accord est même quantitatif avec les résultats précédents :

A 15 cm. d'écran nous avons 10 o/o de grandes gerbes, avec la même géométrie nous avions environ 5 0/0 de coïncidences quadruples avec un compteur double éloigné dont le rendement doit être voisin de 50 o/o

À 5 cm. d’écran nous avons 24 0/0 de grandes gerbes alors qu'avec la même géométrie nous avions 15 o/o de quadruples, soit 30 0/0 de grandes gerbes. De plus j'ai mesuré les coïncidences quintuples de abcd avec un compteur éloigné double et j'ai trouvé 11 quintuples sur 84 triples, soit 13 0/0. Avec le même rendement du compteur éloigné nous trouvons

26 0/0 de grandes gerbes.

Coïncidences entre compteurs rapprochés sous plemb. — J'ai alors cherché à étudier les chocs simultanés entre compteurs protégés par du plomb. J'ai disposé entre cet d'(fig. 18) une cloison de 2 cm. de plomb. J'ai branché les compteurs superficiels ab en parallèles et j'ai observé les coïncidences triples entre ab, c et d.

J'ai tout d'abord étudié l'association de ces chocs simulta. nés avec des grandes gerbes pour un écran supérieur de 5 et de 15 cm. de plomb. 182 coïncidences triples sous 5 cm de plomb étaient accompagnées 20 fois d’un choc sur un compteur double éloigné, soit 1 1 0/0 de quadruples grandes gerbes. Sous 15 cm. de plomb j'ai observé seulement 1 quadruple sur 47 triples. Par conséquent les condensations pénétrantes de grandes gerbes actionnent les compteurs logés dans le plomb avec une fréquence rapidement décroissante sous les écrans épais. Sous 5 cm. de plomb leur rôle est notable.

ÉTUDES SUR LES GÉRBES DE RAYONS COSMIQUES ho!

J’ai désiré voir s’il était possible de mettre en évidence la création de particules pénétrantes dans les gerbes. J'ai donc disposé au-dessus du montage précédent une voûte V d'épais-

Fig. 18. — Chocs simultanés entre compteurs rapprochés sous plomb.

seur variable et cela d’abord à 30 cm. ensuite à 60 cm. au-dessus de ab. Dans une première série de mesures l'écran entre ab et cd était épais de 15 cm. Dans une deuxième de 10 seu-

lement.

Epaisseur, de la

VOUTE EEE 0 1 cm.

Nombre de coincidences. . . 189 45 Série I € Durée en heures. 146 34 Nombre d’observations. . . XV Il Dispersion . . 0,25

Moyenne horaire. 1,30+0,06 1,33+0,2 1,55+0,15

2 cm.

5 cm.

10 cm. de plomb

Sous une voûte de 10 cm. d'aluminium la fréquence était

1,2 + 0,2; sous 20 cm. de carbone 1,4 + 0,2.

Epaisseur de la

VOULE RER. 0 = Nombre de coïncidences. . . 168 Série II < Durée en heures. 92 Nombre d’obser- VAHIONS = VIII Dispersion . . 0,3

Moyenne . . . 1,83 + 0,1

Le

5 cm. de plomb

78 3. DAUDIN

Les courbes de la figure 19 illustrent ces résultats.

Sur les courbes la voûte a un effet, maximum vers 2 cm. d'épaisseur, épaisseur classique pour l'effet Rossi : dans la voûte des électrons se multiplient en gerbes qui accroissent la densité des rayons sur le plan ab et augmentent ainsi le rendement géométrique de ce compteur..

Nouvelle preuve de la participation des cascades électroniques.

Les épaisseurs d'aluminium et de carbone sont trop faibles dans la théorie des cascades pour produire un effet de multi-

Nombre de cocidences a l'heure

Epaisseur de la voute V en em.

Fig. 19.— Effet d’une voûte sur le nombre de coïncidences entre compteurs rapprochés sous plomb.

\ plication. Le résidu insensible à la voûte au delà de 5 cm. de plomb doit probablement être rapporté toujours à un effet secondaire des mésons.

Bothe et Schmeiser pensent avoir mis en évidence une autre sorte de gerbes, dites étroites auxquelles serait associé un maximum secondaire dans la courbe de Rossi vers des épaisseurs de voûte de 10 à 15 cm. de plomb. Ces gerbes seraient constituées de particules pénétrantes. La disposition géométrique ci-dessus est très favorable aux petits angles puisque les 2 compteurs c et d sont vus de la voûte sous un angle moyen de 1/12 de radian, l’angle minimum étant de 1/30 de radian. Dans cette interprétation la voûte devrait

provoquer la création de telles gerbes dures touchant les compteurs protégés et augmenter ainsi le nombre de coïncidences. Entre 5 et 10 cm. de plomb on n'observe aucun accroissement mais une diminution. L'existence de ces gerbes étroites ne paraît d’ailleurs pas vraisemblable d’après la plupart des auteurs.

Conclusion générale. — L'étude systématique de l’accompagnement des rayons pénétrants tant dans l’air que dans le plomb oblige, sous quelque côté qu’on l’entreprenne, à admettre la coexistence de deux effets.

Les électrons de grande énergie sont constamment

accompagnés par des électrons de cascade et font partie de grandes gerbes de l'air, dont ils constituent les condensations. Îls sont arrêlés par 15 cm. de plomb. Les mésons sont {rès pénétrants, très rarement accompagnés d'électrons peu nombreux. Mais ils sont en très grand nombre, ce qui rend sensible l'existence de leurs électrons de choc.

Chocs simultanés sous plomb. — Le rayonnement ultrapénétrant des grandes gerbes reste inconnu. Le problème a soulevé un intérêt nouveau depuis les travaux de Wataghin, Souza Santos et Pompeia, qui avaient observé des coïncidences entre compteurs séparés par des épaisseurs considérables de plomb. Ils les ont attribuées à des particules pénétrantes simultanées faisant partie de grandes gerbes.

Si dans le montage précédent (fig. 18) on retire la cloison de 2 cm. de plomb entre a et b et si on la remplace par une cloison de 2 mm, on constate une augmentation considéra-

ble du nombre de coïncidences. Si celles-ci étaient dues à des.

particules pénétrantes simultanées, elles ne devraient être en rien affectées par la cloison. Les compteurs seraient-1ls touchés par le rayonnement latéral d'une gerbe en cascade, rayonnement qui serait fortement absorbé par la cloison? D’après la suggestion récente de Bethe les photons seraient responsables de l'extension latérale des gerbes. Dans le

80 J. DAUDIN

plomb le parcours moyen maximum des photons est celui des photons de 5.10f ev. qui est de 2 cm. Une limite supérieure du rayon des cascades dans le plomb serait donc 2 cm. [l se pourrait que les coïncidences observées avec une cloison de 2 cm. soient dues à des gerbes en cascade.

J'ai donc écarté davantage les compteurs de manière à pouvoir faire varier l'épaisseur de la cloison jusqu’à 10 cm. (fig. 20). Les coïncidences décroissent toujours rapidement lorsqu'on augmente cette épaisseur à 5 puis à 10 cm. de plomb. Elles semblent toujours dues à un effet local et non à des particules simultanées.

Toute une série d'expériences ont été conduites sur ce sujet et ont fait l’objet de plusieurs publications de M. P. Auger et de l’auteur. Bien que ces résultats soient assez importants s’il se confirme qu’ils ont mis en évidence un effet nouveau, leur étude sortirait du cadre de ce travail et je me bornerai à les résumer.

L'expérience a montré qu’un autre compteur logé dans le plomb était touché simultanément avec une fréquence élevée à peu près indépendante de sa position. Ces particules ont donc une densité générale élevée dans le plomb.

Si l’on rapproche les compteurs de la cloison maintenue constante, le nombre des coïncidences croît comme si le rayonnement divergeait à partir de la cloison.

En plaçant ces compteurs sous plomb à côté d’une chambre de Wilson, on obtient sur quelques clichés des condensations de grandes gerbes. Le cliché déjà cité (nc 6, planche II) est le plus caractéristique. Il ne comporte pas d'électrons très diffusés si fréquents dans la plupart des clichés de condensations. Cette grande gerbe nous l’avons vu, ne peut être une gerbe en cascades normale. Il est très tentant de considérer ces trajectoires groupées et parallèles comme un faisceau de particules pénétrantes simultanées, résidu d’une grande gerbe inclinée.

Mais ces pinceaux ou ces particules pénétrantes simulta-

nées ne sont présents que sur 5 o/o des clichés. D'ailleurs un compteur éloigné n’entre que très rarement en coïncidences avec le système des compteurs sous plomb. Sur quelques clichés Wilson on voit des trajectoires horizontales pouvant provenir du plomb latéral où étaient logés les compteurs. Le cliché n° 7, planche IV, montre une telle trajectoire de particule lourde et rapide. Sur quelques clichés plus rares deux trajectoires semblent divérger du plomb

(cliché 8, planche IV).

Fig. 20. — Chocs simultanés entre compteurs sous plomb.

La plupart de ces résultats s’interprètent bien si l’on admet l'existence de sortes d’explosions projetant des particules de toute espèce dans toutes les directions. On connaît, grâce à la plaque photographique, les explosions nucléaires provoquées par les rayons cosmiques dont les projectiles sont des particules lourdes d’après les beaux travaux de Blau, Wambacher et d’autres. Mais la plaque photographique est impuissante à déceler des particules plus légères que le proton. À la chambre de Wilson, Fussell a obtenu deux clichés dans lesquels on voit diverger d’un point plusieurs trajectoires pénétrantes. A la suite du travail résumé ici, il semble possible que l'on soit conduit à attribuer les coïncidences entre compteurs logés dans le plomb à la projection explosive de particules au sein même du plomb.

J. DAUDIN

Malgré sa nouveauté, cette hypothèse présente un avantage au point de vue énergétique. Les particules pénétrantes simultanées qui, d’après Wataghin, rendraient compte de ces coïncidences, devraient être au moins aussi fréquentes que les condensations pénétrantes de grandes gerbes avec lesquelles on est amené à les associer. Il est peu probable que toutes les condensations de grande gerbe comportent une telle densité de particules pénétrantes. D’ailleurs la faible association du phénomène avec les grandes gerbes exclut cette interprétation, comme interprétation unique. Mais surtout il faut supposer une densité très élevée de particules pénétrantes mettant en jeu une énergie globale considérable. Un effet local tel qu’une sorte d’explosion n’a pas besoin de mettre en jeu une telle quantité d'énergie pour expliquer les coïncidences observées.