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Particule chargée très rapide en provenance du milieu interstellaire. Ces particules sont surtout des protonsprotons (85%), des noyaux d'HéliumHélium (14%), des électronsélectrons (1%) et d'autres noyaux atomiques.

Leur énergieénergie est typiquement de 1 GeVGeV (l'énergie qu'aurait un électron accéléré par une tension électrique de un milliard de VoltsVolts), mais elle monte parfois jusqu'a 10 puissance 11 GeV. Ces particules pourraient avoir été accélérées lors d'explosions de SupernovaeSupernovae. Le SoleilSoleil émet aussi des particules de haute énergie, mais généralement très inférieure au GeV.

Les rayons cosmiques de haute énergie provenant de l'espace qui frappent l'atmosphèreatmosphère terrestre représentent une véritable énigme. Ces rayons se désintègrent en créant de spectaculaires gerbes de particules qui peuvent être détectées au sol. De tels rayons à très haute énergie, supérieure à 7x10^19eV, sont très rares : seulement quelques événements par kilomètre carré et par siècle, et quelques dizaines d'observations dans le monde depuis 1962. Pourtant, leur simple existence est un défi pour le physicienphysicien théoricien. En effet ces rayons cosmiques sont supposés être des protons. Mais cette supposition, la plus naturelle, se heurte à une difficulté. Les protons de très haute énergie parcourant de grandes distances dans l'espace sont en quelque sorte freinés par le gazgaz de photonsphotons très diffusdiffus qui forme le fameux rayonnement de fond cosmologique à 3 K, témoin fossilefossile du "big bang". Cet effet, appelé coupure de Greisen-Zatsepin-Kuz'min (GZK) devrait supprimer complètement les rayons cosmiques de très haute énergie, ou du moins ceux émis par des sources lointaines, réparties sur des distances dites "cosmologiques" (celles qui se mesurent en centaines de millions d'années lumièrelumière). Or, les quelques observations dont on dispose ne montrent pas du tout une telle coupure, mais bien au contraire une certaine remontée relative de ces événements de très haute énergie.