Analyses multi-messager avec KM3NeT

Multi-messenger analysis with KM3NeT

• Auteur / Autrice : Godefroy Vannoye
• Direction : Damien Dornic
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : PHYSIQUE DES PARTICULES ET ASTROPARTICULES
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille

Mots clés

Mots clés libres

Astroparticule

Neutrino

Multi-messager

Astronomie

Astroparticle

Neutrino

Multi-messenger

Astronomy

Résumé

Les neutrinos sont des particules fondamentales permettant d'étudier l'Univers dans les gammes de haute énergie de manière unique car ils sont neutres et stables, interagissent faiblement et voyagent donc directement de leur point de création à la Terre sans absorption ni déviation de trajectoire. À ce jour, les sources de rayons cosmiques de très haute énergie sont encore inconnues, et la détection de neutrinos associés à ceux-ci serait une preuve directe du mécanisme hadronique de production de ces rayons cosmiques. KM3NeT est un détecteur de neutrino de seconde génération actuellement en cours de construction dans la mer Méditerranée. Il sera composé de deux sites : un site à basse énergie, ORCA, en France (5 GeV-10 TeV) et un site à haute énergie, ARCA, en Italie (1 TeV-10 PeV). Le nouveau détécteur aura une sensibilité largement améliorée par rapport à ANTARES, à la fois à basse et haute énergie. L'infrastructure est déjà déployée sur les deux sites et les premières lignes ont été déployées et collectent des données depuis 2019. L'achèvement de KM3NeT est prévu pours 2025-26. L'astrophysique des neutrinos est un domaine jeune et quasiment inexploré, qui recèle de nombreux potentiels de découverte. IceCube, un détecteur complémentaire de neutrinos situé au pôle Sud, a déjà découvert les premiers neutrinos cosmiques. Cela garantit la détection de neutrinos avec KM3NeT. L'objectif principal de la thèse sera de développer des analyses multi-messagers avec les deux détecteurs KM3NeT. Au cours de cette thèse, la mise en œuvre d'une sélection efficace de neutrinos pour toutes les saveurs par rapport au bruit de fond atmosphérique est prévue. Ces flux de neutrinos pourront ensuite être utilisés pour rechercher une corrélation temporelle et spatiale avec des données d'autres détecteurs comme des champs électromagnétiques transitoires, des ondes gravitationnelles et de neutrinos de haute énergie. Pour les neutrinos les plus intéressants, le doctorant participera également au développement du système d'envoi d'alertes et aux suivis multi-longueurs d'onde (radio, visible, rayons X et VHE). Grâce aux caractéristiques du module optique, KM3NeT sera également capable de détecter le signal des neutrinos MeV provenant des futures supernovae galactiques. La participation à l'amélioration de l'analyse des supernovas est également prévue dans cette thèse.

Neutrinos are unique messengers to study the high-energy Universe as they are neutral and stable, interact weakly and therefore travel directly from their point of creation to the Earth without absorption and path deviation. Nowadays, the sources of very high-energy cosmic rays are still unknown. The detection of a neutrino signal is a direct evidence of the sources and the proof of the hadronic mechanism that produced the cosmic rays. KM3NeT is the second-generation neutrino detector in the Mediterranean Sea. It will be distributed in two sites: a low energy site ORCA in France (5 GeV-10 TeV) and a high energy site ARCA in Italy (1 TeV-10 PeV). Both parts will have a sensitivity largely improved compared to ANTARES at low and high energies. The infrastructure is already deployed in both sites and the first lines have been deployed and taking data since 2019. The completion of the KM3NeT is expected to be achieved around 2025-26. Neutrino astrophysics is a young and an almost unexplored field, which owns much discovery potentials. IceCube, a complementary neutrino detector in the South Pole has already discovered the first cosmic neutrinos. This guarantees to have neutrino signal detections in KM3NeT. The main goal of the thesis is to develop multi-messenger analyses in the two KM3NeT detectors. During this PhD implementation of the efficient all-flavour neutrino selection over the atmospheric backgrounds is foreseen. These neutrino streams can then be used to look for time and space correlation with external triggers from electromagnetic transients, gravitational waves and high-energy neutrinos. For the most interesting neutrinos, the PhD student will also participate to the development of the alert sending system and the multi-wavelength follow-ups (radio, visible, X-ray and VHE). Thanks to the optical module characteristics, KM3NeT will also be able to detect the MeV neutrino signal from the future galactic supernovae. The participation to the improvement of the supernova analysis is foreseen this PhD thesis too.