LE PROJET GRAND A OBSERVÉ SES PREMIERS RAYONS COSMIQUES !
Ces noyaux atomiques pleuvent du ciel avec une énergie un million de fois supérieure à celle des particules accélérées dans le Large Hadron Collider au CERN. GRANDProto300, le principal prototype du projet GRAND déployé dans le désert de Gobi, en Chine, les a détectées pour la première fois avec des antennes radio opérant de façon autonome et systématique.
Figure 1 : Directions d'arrivée dans le ciel (en représentation polaire, angles zénith 𝜃 et azimut 𝜙 où 𝜃 = 0 indique le haut et 𝜙 = 0 indique le nord) des rayons cosmiques candidats identifiés dans les données du prototype GRAND.
Crédit : Grand Collaboration (extrait de [2]).
Le déploiement, la calibration et l'optimisation du prototype a été menée principalement par les partenaires de Xidian University et Purple Mountain Observatory[1]. 65 antennes sont aujourd'hui en opération stable, dans un environnement peu bruité et maîtrisé.
Une première sélection réalisée par Jolan Lavoisier[2], doctorant à l'IAP, et Xishui Tian, doctorant à Peking University, en visite longue durée au LPNHE, a permis d'isoler 41 candidats de signaux physiques sur plus de 500,000 événements de bruits transitoires détectés entre janvier et mars 2025. Trois analyses indépendantes menées au sein de la collaboration GRAND, dont celles de Marion Guelfand[3], doctorante au LPNHE et à l'IAP, et Arsène Ferrière[4], doctorant au CEA et au LPNHE, aboutissent à des résultats compatibles, avec des énergies réparties entre 1017 et 5x1018 eV, la gamme attendue pour GRANDProto300. Dans le même temps, le réseau de 10 antennes GRAND déployées sur le site de l’Observatoire Pierre Auger a observé un rayon cosmique détecté par le réseau de cuves Cherenkov de Pierre Auger[5].
Figure 2 : Une équipe rassemblant des membres de l'Université de Xidian, Purple Mountain Observatory, IAP, LPNHE, et le personnel local, devant la base de vie et d’acquisition de données du prototype Grand, dans le désert de Gobi, Chine.Crédit : Grand Collaboration.
Ces résultats confirment que la radio-détection autonome de particules cosmiques est possible. L’expérience GRANDProto300 a pour objectif de démontrer que la détection de gerbes atmosphériques horizontales - telles que celles induites par les rayons cosmiques ou les neutrinos - est possible de manière efficace et pure, validant ainsi le principe de détection du projet Giant Radio Array for Neutrino Detection. Les estimations réalisées par Sei Kato[6], post-doctorant à l'IAP, et Clément Prévotat, doctorant à l'IAP, à partir de simulations numériques, prédisent qu'une centaine de rayons cosmiques devraient être observés par jour en phase d'opération complète.
Cette étape majeure permet de penser à la conception de la phase suivante : un réseau plus grand, visant à la recherche de neutrinos cosmiques d’ultra-haute énergie. Une option envisagée[7][8], est un réseau hybride efficace combinant des antennes autonomes espacées à la GRAND, et des stations d'antennes phasées à la BEACON, dont la sensibilité serait un facteur 20 meilleur pour un nombre égal d'antennes. Ce réseau pourrait être déployé dans la province de San Juan en Argentine, avec le soutien de partenaires argentins comme ITeDA et le CNEA.
Notes
[1] P. Ma, pour la collaboration GRAND, ICRC 2025 Proceedings, « Progress of the GRANDProto300 Project » (en anglais).
[2] J. Lavoisier, X. Tian, K. Kotera, T. Sako, H. Wang, M. Bustamante, pour la collaboration GRAND, ICRC 2025 Proceedings, « Search for cosmic rays in GRANDProto300 » (en anglais).
[3] M. Guelfand, P. Fritsch, V. Decoene, O. Martineau-Huynh, and M. Bustamante, pour la collaboration GRAND, ICRC 2025 Proceedings, « Reconstruction of inclined cosmic-ray properties with GRAND data » (en anglais).
[4] A. Ferrière and A. Benoit-Lévy, pour la collaboration GRAND, ICRC 2025 Proceedings, « Reconstruction of cosmic-ray properties with GNN in GRAND » (en anglais).
[5] B. de Errico, J. de Mello Neto, C. Timmermans, pour la collaboration GRAND, ICRC 2025 Proceedings, « The GRAND@Auger Prototype for the Giant Radio Array for Neutrino Detection » (en anglais).
[6] S. Kato, C. Prévotat, R. Alves Batista, pour la collaboration GRAND, ICRC 2025 Proceedings, « Calculation of the exposure of GRANDProto300 to cosmic rays » (en anglais).
[7] K. Kotera et al., pour la collaboration GRAND, ICRC 2025 Proceedings, « The Hybrid Elevated Radio Observatory for Neutrinos (HERON) Project » (en anglais).
[8] A. Zeolla et al., pour la collaboration GRAND, ICRC 2025 Proceedings, « Detection of Radio Emission by Cosmic Rays with the BEACON Prototype » (en anglais).
Liens
Science news, août 2025 : « Neutrino astronomers set biggest traps ever for messengers from cosmic accelerators » (en anglais).
O. Martineau-Huynh, pour la collaboration GRAND, ICRC 2025 Proceedings, « Status of the GRAND project » (en anglais).
Contact
- Kumiko Kotera
Institut d'astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université
Kumiko [point] Kotera [à] iap [point] fr
Mise en page : Jean Mouette
Septembre 2025