Journée des doctorants et futurs doctorants IReS - 6 mars 2006 -

1. Journée des doctorants et futurs doctorants IReS - 6 mars 2006 - ANTARES : Un telescope à neutrinos - Didier CASTEL - Université de Haute-Alsace Groupe de Recherche en Physique des Hautes Energies

2. Menu du jour ‣ Présentation du détecteur : ∙ La collaboration ∙ Le neutrino : un nouveau messager ∙ Objectifs physiques ∙ Le détecteur ANTARES ‣ Neutrinos de Ultra Haute Energie & Bdf : ∙ Simulation MC ∙ Variables discriminantes ∙ Résultats actuels ‣ Conclusion Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

3. ANTARES Physique & Détection Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

4. Erlangen NIKHEF, Amsterdam KVI,Groningen ITEP Moscow IFREMER,Toulon & Brest DAPNIA, Saclay IReS, Strasbourg GRPHE, Mulhouse CPPM Marseille IGRAP, Marseille COM, Marseille Genova Bologna Pisa Bari Roma IFIC Valencia Catania LNS Une collaboration européenne Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

5. Le neutrino le messager d'ANTARES ɣ : interagissent avec les photons de basse énergie du fond cosmologique et la matière (r~10 kpc @ 100 TeV). ɣ ʋ p p : interagissent avec le CMB (r<10 Mpc @ E~1020 eV). Aux énergies inférieures, la provenance est perdue à cause des champs magnétiques (Δθ>1º, E<5·1010 GeV). Le neutrino interagit très peu avec la matière et ne porte pas de charge : ‣ Avantage : Messager sur des distances cosmologiques + Accès au coeur des sources. ‣ Inconvénient : Gros volumes de détection. Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

6. Crab Nebula SN 1987A, HST M 87, HST Objectifs physiques ‣ Sources galactiques : Supernovae & Restes de supernovae, Microquasars, Pulsars, Centre galactique, Matière noire (annihilation de neutralinos au sein d'objets massifs) ‣ Sources extra-galactiques : Noyaux actifs de galaxie (AGNs), Sursauts gamma ‣ ʋ atmosphériques ‣ R&D : Détection acoustique ‣ Recherche océanographique : Sismologie, Mesures de bioluminescence Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

7. Bouée Déploiement 2006-2007 460 m Ligne Cable vers la côte Module Optique 14,5m Boîte de jonction Sousmarin 70 m Le détecteur ANTARES ‣ 12 lignes de 25 étages ‣ 3 phototubes (10 pouces) par étage soit 900 PMT ‣ Pression maximum de 250 bars Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

8. Optical Beacons (blue LED) Local Control Module hydrophone Détail d’un étage Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

9. Reconstruction en 3D de la trajectoire duμ Čerenkov light fromμ 43° Mer (profondeur : 2500 m) ʋμ μ Terre μ ʋμ W Interaction N X Principe de détection ‣ Neutrinos 'montants' pour s'affranchir des muons atmosphériques descendants. Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

10. Localisation du détecteur Couverture du ciel Situé au large de Toulon en mer Méditerranée (42º50’N, 6º10’E) à 2500 mètres de fond. 3.5 π sr du ciel est ouvert aux signaux neutrinos montants. Le centre Galactique est visible 2/3 du temps. Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

11. reconstruction kinematics   Surface effective & Résolution angulaire θ θ < 0,2° @ E > 10 TeV Aeff augmente avec E Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

12. Les Neutrinos de Ultra Haute Energie Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

13. Des neutrinos ... ‣ ... mais lesquels ? ∙ ʋμ fond diffus ∙ ʋμ descendants ∙ Energie : 107 GeV → 109 GeV ‣ ... mais pourquoi ? ∙ découvrir l'origine des rayons cosmiques de si haute énergie ∙ explorer les modèles d'AGNs ∙ regarder à l'intérieur des phénomènes cosmologiques extraordinaires Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

14. Données Monte Carlo Signal νμ↓ 107 GeV < E < 109 GeV Bdf μ↓: ~ 800 000 evts/jr 20 TeV/nuc < E < 2.106 TeV/nuc R = 34700 m Zmax = 2297 m Zmin = -278 m Détecteur Volume de génération Bdfνμ↑ : ~ 10-4 evt/jr 106 GeV < E < 108 GeV Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

15. L'outil principal : le « hit » μ Cône Čerenkov ‣ Intégration de la lumière reçue sur 25 ns = un « hit » (temps mort 250 ns) ∙ Identité du PMT ayant reçu un hit (→ position) ∙ Amplitude du hit : 0,3 < pe < 15 ∙ Temps du hit (ns) Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

16. Un événement neutrino Un événement muon Eclairement du détecteur ‣ Représentation de l'éclairement du détecteur pour un évènement en terme de photoélectrons Bioluminescence + 40K ‣ Représentation de l'éclairement du détecteur pour un évènement en terme de 'hit' → Comptage du nombre de PMT au dessus du seuil S = 8 pour une durée de 2 μs. Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

17. Evts/jr en fonction de la coupure / Efficacité signal Signal :νμ↓ Bdfμ↓ Bdfνμ↑ Nombre d'évènements par jour Bdf vs Efficacité signal ‣ Le nombre d'évènements par jour tombe rapidement à un niveau extrêmement bas( ~ 10-3) pour le bruit de fond μ↓. Evts/jr en fonction de la coupure / Efficacité signal Signal :νμ↓ Bdfμ↓ Bdfνμ↑ ‣ Par contre, le signal νμ↓ est plus stable. Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

18. Eclairement moyen Eclairement total Transformée de Fourier Autres variables ‣ Très forte corrélation entre les variables. → combinaisons peu efficaces (corrélations linéaires) Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

19. Taux d'évènements après coupures ‣ Après la meilleure coupure ∙ Signal νμ↓ : ~ 16 % d'évènements ayant produit 1 muon au voisinage du détecteur (on voit 1 neutrino pour 6 interactions utiles) ∙ Bdfνμ↑:~ 1.5*10-6 evts/jr → réduction d'un facteur 102 ∙ Bdf μ↓: ~ 8*10-4 evts/jr → réduction d'un facteur 109 ‣ Coupure sévère, mais néanmoins indispensable pour s'affranchir du bruit de fond μ. Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

20. Conclusion ‣ Très peu de neutrinos à ces énergies (E>10PeV). ∙ Augmenter la part de signal visible au maximum. ∙ Estimation de la surface effective et de la sensibilité du détecteur. ‣ Application à l'observabilité de sources données selon les modèles. Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants

21. Merci pour votre attention! Didier CASTEL Journée des doctorants et futurs doctorants