Contribution à l'étude des grandes gerbes à l'aide du détecteur de surface de l'Observatoire Pierre Auger

par Thi Tuyet Nhung Pham

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre Billoir et de Pierre Darriulat.

Soutenue en 2009

à Paris 6 en cotutelle avec l'University of Sciences, Hanoi .

mots clés

• Rayons cosmiques
• Energie extrême

Résumé

Ce travail porte sur des observations réalisées à l’aide du détecteur de surface (SD) de l’Observatoire Pierre Auger qui étudie les rayons cosmiques d’énergies supérieures à 10 EeV. Il détecte les grandes gerbes produites dans leur interaction avec l’atmosphère au moyen d’un réseau de 1600 compteurs Cherenkov (CC) qui couvre 3000 km2. Les données ont la forme d’un enregistrement digital des temps d’arrivée et des amplitudes des signaux enregistrés par les trois photomultiplicateurs (PMT) de chaque CC. La thèse comporte des études de leurs propriétés, d’une asymétrie observée entre les trois PMT d’un même CC et de la désintégration de muons stoppant dans les CC. En ce qui concerne la première, les incertitudes qui affectent la mesure ont été évaluées et les différences observées entre les trois PMT d’un même CC ont été identifiées et attribuées à deux causes bien maîtrisées : impulsions retardées et asymétrie de première lumière. Un algorithme de recherche de pics, basé sur la déconvolution de la décroissance exponentielle de la lumière détectée, a été affiné, sa performance évaluée et ses limites identifiées, ouvrant ainsi la voie à son utilisation systématique dans des études ultérieures. Une corrélation entre l’azimuth de la gerbe et l’asymétrie entre les trois PMT d’un même CC, observée avant que la lumière n’ait le temps d’être suffisamment diffusée par les parois, a été mise en évidence et exploitée pour mesurer la divergence de la gerbe et illustrer la puissance de la méthode et sa sensibilité. Enfin, on a mis en évidence l’existence de muons stoppant à l’intérieur du volume des CC, identifiés par le signal produit par l’électron de désintégration. La difficulté de cette étude réside dans la petitesse des signaux recherchés et permet de mettre à l’épreuve la connaissance qu’on a du détecteur et des outils utilisés pour son analyse. Un bruit de fond de très faible amplitude a été décelé, suggérant la présence vraisemblable de neutrons, une possibilité qui reste à explorer.

Titre traduit

Contribution to the study of ultra high energy showers using the surface detector of the Pierre Auger observatory

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