Etude de la sensibilité du télescope à neutrinos Antares aux photons de très haute énergie : contribution à l'étalonnage en temps du détecteur

Study of the sensibility of the Antares neutrino telescope to very high energy photons : Contribution to the time calibration of the detector

• Auteur / Autrice : Goulven Guillard
• Direction : Ulrich Goerlach
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique et astroparticules
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Čerenkov, Rayonnement de

Bioluminescence

Astronomie gamma

Astrophysique des neutrinos

Télescopes

Télescope à neutrinos ANTARES

Mots clés libres

Antares

Résumé

Depuis les fonds méditerranéens, les quelques 900 photomultiplicateurs du télescope à neutrinos Antares scrutent les abysses pour tenter de discerner, parmi la bioluminescence et la radioactivité marine, les photons Cerenkov émis par les muons issus de neutrinos astrophysiques, et de distinguer ces muons de ceux générés par les gerbes atmosphériques produites par les rayons cosmiques. Antares accumule des données depuis 2006 ; cette prouesse technique permet d’envisager un avenir favorable à l'astronomie neutrino sous-marine : Antares devrait être le précurseur d’un instrument de plus grande envergure, KM3NeT. Les performances d’un télescope sont caractérisées, entre autres, par sa résolution angulaire. Dans le cas d’Antares, celle-ci est directement liée à la résolution temporelle des éléments du détecteur. La correction de l’une des principales sources de dégradation de cette résolution temporelle, l’effet de walk créé par l’établissement d’un seuil fixe pour le filtrage du signal issu des photomultiplicateurs, est exposée dans ce manuscrit. Cette correction, mise en oeuvre dans la chaîne logicielle officielle de la collaboration Antares, améliore notamment l’estimateur de qualité de la reconstruction des événements. L’implémentation présentée laisse le champ libre à certaines optimisations. L’auteur tente en outre d’évaluer, à partir d’une simulation Monte-Carlo complète, la possibilité d’utiliser des sources de photons de très haute énergie comme sources de muons calibrées afin d’estimer le pointé absolu et la résolution angulaire du télescope. Bien que la procédure soit intrinsèquement entachée de larges incertitudes, il est démontré que la possibilité de détecter de telles sources est extrêmement faible. Cette étude montre également que les photons de très haute énergie ne constituent pas une source notable de bruit de fond neutrino.

From the seafloor, the 900-odd photomultiplier tubes of the Antares neutrino telescope scrutinize the abysses attempting to discern, amid bioluminescence and marine radioactivity, Cerenkov photons emitted by muons from astrophysical neutrinos, and to distinguish these muons from those generated by air showers produced by cosmic rays. Antares has been collecting data since 2006 ; this feat of engineering has paved the way for submarine neutrino astronomy : Antares is expected to be the forerunner of a larger instrument, KM3NeT. A telescope’s performance is characterized in part by its angular resolution. In the case of Antares, the angular resolution is directly related to the time resolution of the detector’s elements. This manuscript presents a correction for one of the main sources of deterioration of this time resolution, the walk effect induced by the set up of a fixed threshold for triggering the photomultiplier tubes signal. This correction, implemented in the official software chain of the Antares collaboration, improves in particular the events reconstruction quality estimator. This implementation allows further optimizations. The author also attempts to evaluate, using a complete Monte-Carlo simulation, the possibility of using very high energy photon sources as calibrated muon beams in order to estimate the absolute pointing and the angular resolution of the telescope. Although limited by large uncertainties, it is demonstrated that the possibility to detect such sources is extremely small. In addition, it is shown that the atmospheric neutrino background induced by very high-energy photons is negligible.