Durée de vie des muons atmosphériques

[Didierisa]

Merci. J'ai regardé le document, mais la différence entre le document du Cern et celui-ci c'est que pour le premier ce sont des mesures et que pour l'autre ont fait appel à une loi exponentielle. On sait bien que ce genre de fit ne peux pas représenter les très bas niveaux. Encore une fois, les niveaux mesurés au sol sont très faibles.

Comprenez moi, je ne cherche pas à avoir raison personnellement. Le document du Cern me parait être une provenance fiable et on doit pouvoir lui faire confiance. Le sujet est particulièrement difficile et j'imagine qu'il y a peu de gens spécialistes en rayons cosmiques qui vont s'intéresser à notre sujet malheureusement.
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[Lansberg]

Cependant, si on prend la valeur approximative de rayons cosmiques de 0.1 /cm2/s et la surface du capteur utilisé par Frisch et Smith (diamètre de 11 inch), soit environ 600 cm2, on obtient un taux de rayons cosmiques proche du sol de 60/s.
Frisch et Smith ont écrit, dans leur article, avoir mesuré des taux de rayons cosmiques de 21/s et 19/s respectivement au mont Washington et au sol.
Je m’interroge toujours.

On admet qu'au niveau de la mer en France on reçoit environ 240 particules par m2 et par seconde (laradioactivite.com) soit 0,024/cm2/s. Pour Frisch et Smith avec 19/s pour un capteur de 600 cm2 on obtient 0,032/cm2/s.

[Didierisa]

Merci Lansberg.
J'ai consulté le site indiqué (laradioactivité.com) et effectivement le nombre de particules (rayons cosmiques gamma, muons, électrons) est d'environ 240/m2, soit 0.024/cm2/s, soit 15/s. Comme il ne recouvre pas que les rayons gamma, il doit être un peu inférieur pour ceux-ci, mais reste quand même dans l'ordre de grandeur de celui mesuré par Frisch et Smith, qui est légèrement plus élevé.
Que pensez de l'expérience de Frisch et Smith dans ces conditions, puisque les auteurs ne prennent pas en compte leur propre mesure du taux de rayons cosmiques réalisées au Mont Washington et au sol?
Quand je me suis intéressé à cette expérience, et que j'ai découvert cette anomalie, j'ai du me pincez très fort pour vérifier que je ne rêvais pas, que j'étais sain d'esprit!
C'est pourquoi je vous ai livré ma découverte qui ne peut que se traduire par : Frisch et Smith n'ont pas démontré une éventuelle augmentation de la durée de vie des muons atmosphériques.

[Lansberg]

Que pensez de l'expérience de Frisch et Smith dans ces conditions, puisque les auteurs ne prennent pas en compte leur propre mesure du taux de rayons cosmiques réalisées au Mont Washington et au sol?

Ils en tiennent bien compte (paragraphe G) pour estimer le "bruit de fond accidentel" dans les 8,5 µs que dure le balayage de l'oscilloscope. Il ne faut pas oublier qu'ils ne s'intéressent qu'aux muons d'une certaine énergie et à leur désintégration (0,15 muons/s au sommet du mont et 0,11/s au sol). Mais l'enregistrement de rayons cosmiques qui se suivent dans les 8,5 µs pourrait donner "l'illusion" d'une désintégration d'un muon ("....impulsions aléatoires liées au passage de rayons cosmiques à travers le détecteur. L’estimation grossière qui suit du nombre d’impulsions aléatoires à l’intérieur de la durée de 8,5 μs montre que nous n’avons pas un bruit de fond accidentel d’une amplitude intolérable ayant l’apparence d’un déclenchement suivi d’une impulsion de désintégration.").

Leur calcul montre que ça représente environ 2,5% du nombre de véritables désintégrations.

Il y a bien un excès très important de muons au sol par rapport à ce qui est attendu si on applique la mécanique classique.

[Didierisa]

Oui je comprend leur préoccupation du paragraphe G qui est de vérifier s'il n'y a pas de faux échos générés par le passage des rayons cosmiques présents à ces altitudes qui passent dans le détecteur au moment de chaque balayage. Je suis OK pour le calcul des faux échos.
Il n'en reste pas moins qu'il y a un taux de rayons cosmiques présents par heure qui est d'environ 75 000/heure au Mont Washington et de 68 000/heure au sol. S'ils sont susceptibles de faire des faux échos dans le détecteur, ils sont aussi susceptibles d'interagir avec l'atmosphère juste avant le détecteur et crée des muons. Comme il y en a presque autant aux deux altitudes alors je m'interroge.

[Lansberg]

Pour produire des muons, il faut des protons d'énergie suffisante (le muon ayant déjà une énergie de masse de 105,66 MeV). Or, il n'y en a quasiment pas au sol, ni à 2000 m d'altitude.

[Didierisa]

Cette question de l’énergie des rayons cosmiques au niveau du sol s’explique par la manière dont les rayons cosmiques pénètrent dans l’atmosphère. Elle dépend en particulier de leur énergie initiale en haute atmosphère et est expliquée dans le document : http://www.ph.surrey.ac.uk/satellite...torial2_1.html.
Ce qui suit est une traduction partielle du document et dans celui-ci il est fait l’hypothèse simplificatrice (par l’auteur) que les particules sont supposées ne pas interagir avec l’atmosphère.
« Les particules électriquement chargées, comme les rayons cosmiques, ont des difficultés pour entrer dans l'atmosphère car ils ont tendance à être déviés par le champ géomagnétique de la Terre. La capacité d'une particule cosmique pour pénétrer dans l'atmosphère dépend de sa « rigidité magnétique », qui dépend en particulier de sa vitesse. De plus, à chaque altitude, il existe une rigidité magnétique minimale nécessaire pour une particule pour poursuivre sa trajectoire, appelée la rigidité « de coupure ». Quand la particule a une rigidité moindre que la « rigidité de coupure » de l'atmosphère à une certaine altitude, elle est déviée de sa trajectoire et n'atteindra pas le niveau du sol. Puisque la rigidité « de coupure » est inversement proportionnelle au carré du rayon géocentrique, celle-ci augmente lorsque l'altitude diminue. Alors il est évident que près du niveau du sol, seulement les particules de forte vitesse (de forte énergie) peuvent éventuellement atteindre ces altitudes».
Si des rayons cosmiques peuvent atteindre le sol, alors ils auront nécessairement une forte énergie, probablement supérieure à quelques dizaines de Mev. La question est donc pourquoi il y aurait encore des rayons cosmiques au niveau du sol ?
Je ne sais pas, mais ce qui m’a interpellé c’est que Frisch et Smith on écrit avoir mesuré des rayons cosmiques au niveau du sol avec un taux de l’ordre de 20/s.

Pour tout dire ce qui me gêne c’est qu’en ce qui concerne ce point les auteurs ne donnent aucune référence, disant simplement que « Pour négliger une telle possibilité de création de mésons-µ dans les interactions faisant intervenir les protons et les mésons-π entre le Mont Washington et le niveau de la mer, nous nous appuyons sur les résultats d’autres expériences », alors qu’ils disent par ailleurs que c’est capital pour l’interprétation (et on les comprends !). On aimerait bien voir ces expériences.
Enfin pour l’interaction des muons dans l’atmosphère, une fois crées, ils invoquent le fait qu’ils sont très peu absorbés par les noyaux atomiques et ne subissent que des diffusions de type Rutherford du fait de leur très grande vitesse. Alors pourquoi ne pas supposer le même comportement pour les rayons cosmiques primaires de très grande vitesse ?

Voilà tout ce que je peux expliquer et je crois que je vais m’en tenir là. Merci de votre écoute.