CHAPITRE HI

Les grandes gerbes de l'air.

Lorsque Maze eut construit son sélecteur à grand pouvoir de résolution, P. Auger et ses collaborateurs constatèrent qu'il subsistait entre deux compteurs très écartés des coïncidences bien plus nombreuses que les fortuites. Ils écarterent les compteurs toujours davantage, en adjoignirent un troisième, voire un quatrième et montrèrent l’existence de pluies simultanées de dizaines de milliers d'électrons. Ils les attribuèrent à des gerbes en cascade se développant à travers l'atmosphère entière et dues à des électrons primaires d’énergie plus élevée que tout ce que l’on connaissait. Toute une série de travaux ont été conduits par eux sur la densité, le pouvoir pénétrant et la nature des rayons, sur le coefficient barométrique et l'extension de ces gerbes en surface. Kohlhôrster et son école les découvrirent en même temps. Elles ont fait l’objet de divers travaux d’Euler, de Cosyns et tout récemment de Hilberry. +

Nous étudierons ici la densité, le rôle des photons, Le coefficient barométrique et nous terminerons en discutant ces résultats au point de vue des particules primaires et de la validité de la théorie des cascades.

La densité. — Résultats théoriques sur la structure d’une grande gerbe. — L'extension latérale des gerbes est due à la dispersion angulaire des particules ; Williams a montré que c’est la diffusion. élastique des électrons qui commande cette dispersion. Les angles de diffusion étant en gros

inversement proportionnels à l'énergie, les particules de grande énergie sont très peu diffusées. La diffusion angulaire des électrons mous est très grande mais n’entraîne sur leur faible parcours qu'une faible dispersion en surface. Bethe a étudié les photons de freinage qui sont lancés dans la direction de l’électron générateur et conservent sa déviation angulaire ; leur diffusion en surface croît linéairement avec leur parcours qui peut être très long (jusqu’à 700 m. si l'absorption des photons résulte uniquement de la matérialisation et de l'effet Compton). Leurs électrons secondaires se trouvent donc sur la périphérie de la gerbe. Bethe est ainsi parvenu jusqu’à une extension théorique de go m. environ qui pourrait être accrue en tenant compte des résultats du chapitre premier et des photons rayonnés par les électrons lents. Il ne paraît pas impossible que les photons soient responsables de la grande extension latérale des gerbes qui a été trouvée expérimentalement de l'ordre de 200 m. à 3 oo m. d'altitude.

Les électrons de grande énergie doivent être groupés par suite de leur faible diffusion et de la multiplication active qu'ils entretiennent. Les électrons de faible énergie, se multipliant peuet fortement diffusés, doivent être répartis au hasard autour du centre de la gerbe. Euler a prévu la répartition suivante : une densité très rapidement croissante au voisinage du centre qui constitue un point singulier et décroissant uu peu comme une courbe de Gauss sur les bords de la gerbe où sont dispersées les faibles énergies.

Les rayons de faible énergie (E 2 Ec) constituent la pres-

que totalité des particules et nous avons montré au chapitre

premier qu'ils sont en équilibre avec le rayonnement de

grande énergie : lorsqu'on passe de la gerbe maxima à la

gerbe décroissante le nombre de rayons est divisé par 10°

selon la théorie mais le rapport des électrons lents aux élec-

trons rapides n'a passé que de 3 à 5 environ. La répartition

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des rayons en surface est essentiellement celle des électrons lents ; elle est donc à peu près constante : la structure et les dimensions de la gerbe sont donc relativement constantes ; la densité varie d’une part comme le nombre total de rayons d'autre part suivant une loi constante avec la position des compteurs dans la gerbe.

Nous allons confronter ces résultats théoriques avec l’expé-

rience.

Etude avec les compteurs. — Supposons que les rayons de la gerbe soient répartis au hasard — c’est-à-dire que les

trajectoires ne soient à aucun degré associées. S'il tombe en moyenne sur un compteur n rayons par gerbe, la loi de Poisson donne la probabilité pour que le compteur ne soit pas touché, à savoir e-*. Le compteur devra donc être touché avec une fréquence relative 1 — et, Pour sélectionner les grandes gerbes il faut 2 compteurs éloignés en coïncidences doubles ; la fréquence relative avec laquelle un 3° compteur sera touché estle rapport des coïncidenñces triples aux doubles :

N; ASE :

N. — 1 —e-" d’où au niveau de la mer : A— 20 rayons/m>°.

La méthode des surfaces est une variante de la précédente, due également à P. Auger. La probabilité pour que 2 compteurs, associés en parallèles, couvrant une surface double, soient touchés est 1 —e2, En doublant la surface d’un compteur on multiplie les coïncidences par :

Re 1 —er2n

En adjoignant à un compteur a un 2° compteur b en parallèle, j'ajoute, aux grandes gerbes qui touchent a, les grandes gerbes qui touchent b, qui sont en nombre égal; je multiplie l’enregistrement de ces gerbes par 2. Mais il faut soustraire les gerbes qui touchent simultanément a et b et qui ne sont pas comptées 2 fois ; ce sont justement celles qui sont enregistrées en coïncidences triples. Il en résulte que :

La mesure de R est donc en principe équivalente à celle Nate , de Re , indépendamment de toute hypothèse sur la densité.

Cette mesure a été faite au moyen de 2 compteurs en coïncidences doubles à 3 m. l’un de l’autre : les coïncidences entre 2 compteurs simples, entre un simple et un double et entre 2 doubles ont été enregistrées dans des observations croisées.

2 compteurs 1 simple simples et 1 double 2 doubles

Nombre de coïnci- F* © 13

EDCES ER LE 2 3h40 3 850 2 684 Moyenne rene 08-0000 h97-6 0,07 7,0)" 0,14 Nombre d’observa-

HOPS ARE 31 37 14 Dispersion des me-

SUreS EN ER 1,00 1,00 1,0

Ces résultats, comme les suivants, sont corrigés de l'effet barométrique. En déduisant les fortuites on trouve 2 valeurs de R puisqu'on a doublé la surface d’un compteur puis de l’autre.