Dans un dispositif à imagerie, la lumière Tcherenkov est focalisée au foyer
du télescope et l'information doit être extraite de la forme de la tache de
lumière obtenue. De façon simpliste, les images de cascades
électromagnétiques sont considérées comme de forme elliptique. On peut s'en
convaincre à deux niveaux différents.
Au tout premier ordre, on peut se fonder sur la remarque fondamentale du
paragraphe précédent: c'est l'angle de diffusion Coulombienne qui domine
l'extension angulaire de la cascade. Il s'ensuit que la lumière Tcherenkov
pointe essentiellement dans la direction de la particule émettrice. L'image
obtenue est donc une approximation de l'image de la cascade
elle même.
La forme
d'ellipse est ainsi essentiellement la résultante du développement de la
gerbe électromagnétique
qui commence par croître, atteint un maximum puis diminue en nombre de
particules. Le fin pinceau qui se dessinerait dans le ciel apparaît de cette
même façon dans le plan focal.
 |
Si l'on veut aller plus loin, il faut étudier plus en détail l'image créée par une particule unique au voisinage du détecteur, typiquement un muon isolé. Lorsque celui-ci passe près du miroir du télescope, la lumière émise dans un cône dont l'ouverture est égale à l'angle Tcherenkov donne simplement une image circulaire. Si le muon tombe exactement dans le miroir, la lumière Tcherenkov venant de toutes les directions est recueillie, formant un cercle dont le rayon est égal à l'angle Tcherenkov [63] [64]. Si la trajectoire n'est pas parallèle à l'axe optique du miroir, l'image est décalée d'une quantité correspondant à l'angle d'incidence. Lorsque le muon tombe hors du miroir, l'arc de cercle obtenu est d'autant plus petit que le paramètre d'impact est grand. On voit donc différentes situations pour lesquelles l'image peut être un cercle entier (muon de faible incidence tombant dans le miroir), un arc de cercle dû à une coupure par le champ de vue de la caméra (muon de grande incidence) ou un arc de cercle instrinsèquement incomplet (muon hors de miroir). Il faut également noter qu'il s'agit en fait d'ellipses (sans aucun rapport avec l'ellipse formée par l'ensemble d'une cascade électromagnétique) que l'on peut assimiler à des cercles compte-tenu de la résolution de l'instrument et des petits angles en jeux.
La forme elliptique globale d'une cascade est donc la somme des arcs de cercles
induits par chaque particule chargée. Mais la situation est ici différente:
l'émission a lieu beaucoup plus haut dans l'atmosphère et éventuellement
plus loin de l'axe. La zone de l'image proche du centre optique de la caméra est
générée par la partie haute de la cascade. Ce sont de très petits arcs.
Puis, les particules deviennent plus nombreuses et il s'ensuit une dispersion
responsable de l'élargissement de l'ellipse. La cascade s'affine ensuite,
"refermant" l'ellipse. En fait, il s'agit plutôt d'une forme cométaire que
réellement elliptique. Mais la densité de lumière dans les arcs de plus en
plus grands diminuant et leur nombre selon le pseudo grand-axe étant plus
important, la "chevelure de la comète" voit sa largeur rapidement diminuer
au-dessus d'un seuil donné (cf figure 6.2).
La figure 6.3 présente l'image d'un événement "de type" gamma enregistré par l'imageur de CAT. Chaque cercle représente un pixel, c'est-à-dire un photomultiplicateur. Le code de couleur (ou les niveaux de gris) correspond à la conversion en photoélectrons. L'ajustement d'un profil elliptique à la distribution de lumière obtenue est superposé à l'image.
