Analyse multi-messagère avec KM3NeT

Multi-messenger analysis with KM3NeT

• Auteur / Autrice : Paul Deguire
• 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 01/10/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille

Mots clés

Mots clés libres

Neutrinos

Détecteur

Accélérateurs cosmiques

Supernovae

Neutrinos

Detector

Cosmic accelerators

Supernovae

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est de développer des analyses multi-messagers dans les deux détecteurs KM3NeT. Avec les premières données, de nombreuses études ont été menées pour comprendre le comportement des détecteurs en établissant les procédures de calibration et en mettant en place des simulations Monte Carlo très détaillées qui reproduisent bien les prises de données. Cela a également permis de commencer le développement du cadre d'analyse en ligne. La plupart des éléments sont opérationnels (reconstruction en ligne, classificateur de neutrinos, réception de déclencheurs transitoires externes, envoi d'alertes). Au début de la thèse, l'étudiant devra développer et mettre en œuvre une sélection efficace de neutrinos de toutes saveurs sur les bruits de fond atmosphériques. Ces sélections seront effectuées en utilisant des méthodes d'analyse avancées telles que des algorithmes d'apprentissage automatique, qui seront utilisés pour classer la nature de tous les événements KM3NeT entre traces de neutrinos (neutrinos muoniques en courant chargé), cascades de neutrinos (toutes les autres saveurs de neutrinos) et événements de fond (muons et neutrinos atmosphériques). La deuxième étape de la thèse consistera à utiliser ces flux de neutrinos pour rechercher des corrélations temporelles et spatiales avec des déclencheurs externes provenant de transitoires électromagnétiques, d'ondes gravitationnelles et de neutrinos de haute énergie. Cette analyse de corrélation sera développée en deux étapes, en commençant par la mise en œuvre d'une analyse de comptage simple qui recherche un excès de signal dans une région d'intérêt pré-optimisée et dans une fenêtre temporelle donnée. Pour les neutrinos les plus intéressants, l'étudiant participera également au développement du système d'envoi d'alertes et aux suivis multi-longueurs d'onde (radio, visible, rayons X et VHE). L'étudiant devra développer des filtres à neutrinos basés sur les taux de fausses alertes de ces alertes, leurs énergies et leurs résolutions angulaires. Les campagnes multi-messagers en temps réel sont cruciales pour dévoiler les sources des particules les plus énergétiques et les mécanismes d'accélération en jeu. L'étudiant participera également à l'organisation du suivi multi-longueurs d'onde des alertes KM3NeT.

The main goal of the thesis is to develop multi-messenger analyses in the two KM3NeT detectors. With the early data, we have performed a lot of studies to understand the behaviour of the detectors by setting the calibration procedures and by implementing very detailed Monte Carlo simulations that reproduce quite well the data taking. It has also permitted to start the development of the online analysis framework. Most of the elements are in operation (online reconstruction, neutrino classifier, reception of external transient triggers, alert sending). At the beginning of the PhD, the student will have to develop and implement efficient all-flavour neutrino selection over the atmospheric backgrounds. These selections will be performed using advanced analysis methods such as machine learning algorithms, that will be used to classify the nature of all the KM3NeT events between neutrino tracks (charged current muon neutrinos), neutrino cascades (all others neutrino flavours) and background events (atmospheric muons and neutrinos). The second step of the PhD will be to use these neutrino streams to look for time and space correlation with external triggers from electromagnetic transients, gravitational waves and high-energy neutrinos. This correlation analysis will be developed in two steps, starting with the implementation of a simple counting analysis that looks for a signal excess in a pre-optimized region of interest and in a given time window. 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). The student will have to develop the neutrino filters based on the false alarm rates of those alerts, their energies and angular resolutions. Real-time multi-messenger campaigns are crucial in unveiling the sources of the most energetic particles and the acceleration mechanisms at work. The student will also participate to set the multi-wavelength follow-up of the KM3NeT alerts.