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La Terre est en permanence bombardée par des « rayons cosmiques », des particules de très haute énergie en provenance de l'espace galactique. Ces particules (dites primaires) peuvent être électriquement chargées ou neutres. Les particules primaires chargées sont constituées pour 86 % de protons, pour 13 % de particules alpha et pour le reste de noyaux plus lourds. Les particules primaires neutres sont des photons gamma ou des neutrinos.
L'énergie des rayons cosmiques varie dans de très grandes proportions. Le champ magnétique inhomogène des étoiles, qui joue le rôle d'accélérateur, arrive à conférer à certaines particules cosmiques chargées des énergies supérieures au milliard d'électronvolts. Quand ces particules arrivent au voisinage de la Terre, elles sont déviées par le champ magnétique terrestre qui joue le rôle de bouclier. Au voisinage des pôles, cette protection est moins efficace : les rayons cosmiques de haute énergie sont à l'origine des aurores boréales.
Quand ils pénètrent dans les couches supérieures de l'atmosphère, les rayons cosmiques entrent en collision avec des noyaux dont les fragments heurtent à leur tour d'autres noyaux. Cette cascade de collisions produit une gerbe de particules secondaires dont certaines atteignent la surface de la terre. Les neutrinos, capables de traverser des obstacles de la taille d'une étoile, ne produisent que très rarement des gerbes (note) .
Parmi les noyaux (dits cosmogéniques) créés dans cette série de collisions, certains sont radioactifs : les principaux sont le carbone-14, le tritium, le berylium-7 et le bérylium-10. Certains disparaissent rapidement. D'autres vivent longtemps comme le carbone-14, produit à partir de l'azote de l'air. Le carbone-14 est alors absorbé comme du carbone ordinaire par les plantes : on le retrouve à l'état de traces dans celles-ci et les êtres vivants.
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INFN/IN2P3
