Nature des Rayons Cosmiques d’Ultra Haute Energie (UHERC)
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Nature des Rayons Cosmiques d’Ultra Nature des Rayons Cosmiques d’Ultra Haute Energie (UHERC)Haute Energie (UHERC)
Gilles Maurin
PCC - Collège de FrancePCC - Collège de France
PlanPlan
• Problématique d’AugerProblématique d’Auger : :
Importance de l’identification de la nature du Importance de l’identification de la nature du primaire ?primaire ?
• Méthodes de discriminationMéthodes de discrimination : :
Xmax, densité de muons, rayon de courbure…Xmax, densité de muons, rayon de courbure…Etude multidimensionnelleEtude multidimensionnelle
• Etat actuel d’AugerEtat actuel d’Auger : :
Développement des cuves, électronique…Développement des cuves, électronique…
100 km/h !!Zone connueZone connue
Spectre des Rayons cosmiques (1)Spectre des Rayons cosmiques (1)
Au dessus de GZK
CoupureCoupureGZKGZK
Spectre des Rayons cosmiques (2)Spectre des Rayons cosmiques (2)
• Quelle est leur énergieQuelle est leur énergie ? ?
Energie supérieure Energie supérieure àà la coupure GZK ? la coupure GZK ?
• D’où viennent-ilsD’où viennent-ils ? ?
coupure GZK coupure GZK sources proches de nous sources proches de nous 100Mpc100Mpc
• Quelle est la nature de ces rayons cosmiquesQuelle est la nature de ces rayons cosmiques ? ?
p, n, p, n, , noyau, neutrino…, noyau, neutrino…
Questions ???Questions ???
Nature des rayons cosmiques primaires (1)Nature des rayons cosmiques primaires (1)
Bottom - Up
Mécanismes astrophysiques violents : Noyaux Actifs de Galaxies
Super Novae…
Signature :Particules primaires = particules chargées (proton, noyaux)
Nature des rayons cosmiques primaires (2)Nature des rayons cosmiques primaires (2)
Top-Down
Désintégration, annihilation…d’une particule “X” :
Défauts Topologiques (cordes, monopôles...) Particules métastables reliques du Big-Bang
Signature :Particules primaires = protons, photons et neutrinos
PremièrePremièreInteractionInteraction
Formation deFormation dela cascadela cascade
électromagnétiqueélectromagnétique
RayonRayoncosmiquecosmique
Front de particulesFront de particules
Formation des gerbes atmosphériquesFormation des gerbes atmosphériques
ee e e
ee
Cascade EMCascade de pionsCascade de nucléons
e e e
n2n±
Hadrons près du coeur
Désintégration ±
90% de (>50 keV) 9% d’électrons (>250 keV)1% (>1 GeV)
Sol
z
Xmax Nmax
Formation des gerbesFormation des gerbes1ère interaction
Front de particules
Excitation dudiazote de l’air
émissionisotrope
de photons UV
Typiquement au maximum de la gerbe :
600 109 photons60 109 électrons0.6 109 muons
(gerbe a 1020 eV )
Détecteur de Fluorescence
Le détecteur de fluorescenceLe détecteur de fluorescence
t
signalXmax
Nmax
Xmax photon - proton – fer Xmax photon - proton – fer
Le fer atteint son maximum de
développement avantle proton
(à même énergie)
1020 eV
Distribution des Xmax Proton - Fer
1020 eVvertical
Distribution des Xmax à un angle donne et à une
énergie donnée
• Besoin d’étudier ces distributions à chaque angle et chaque énergie
• Besoin d’estimer l’effet de la détection sur la discrimination
• Besoin de quantifier le pouvoir discriminant
Outil statistiqueOutil statistique
22
21
12
Merit
1 2
Le facteur de mérite
Exemple de facteur de mérite
Paramètres de discrimination
Valeur moyenne(100 showers)
M=0.5
M=1
M=1.5
Facteur de mérite du Xmax
Xmax mesure exacteXmax à 30g/cm2 A tout angle
1,5 km
Le réseau de surface
Front de particules
T1T2 T3 T4
SD : Reconstruction en temps
1,5 km
A partir de ces temps :reconstruction de ladirection d’arrivée etde la forme du front
de la gerbe.
Rayon de courbure Proton - Fer
Le rayon de courbure du fer est plusgrand que celui
du proton.
(à même énergie)
Rayon de courbure Proton - Fer
Rayon de courbure en km
Facteur de mérite : Rayon de courbure
Mérite facteur
Photon
Electron
Muon
Signal dans les cuves
Signal enregistré par les 3 PM :
Signal déposé par les muons
Loin du cœur de la gerbe
Densité de muons au sol
Environ 30% de muons en plus pour les fer quepour les protons (à même énergie)
Facteur de mérite : densité de muon
Muon density (accuracy = 10%) Radius Curvature T80
Rise Time T80
Xmax (accuracy = 30g.cm-2) Muon density (accuracy = 20%)
Mesure de la densité de muon est le meilleur critère
de discrimination à 20o
Facteur de mérite : Comparaison (1)
Facteur de mérite : Comparaison (2)
Muon density (10%) Radius Curvature T80
Rise Time T80
Xmax (30g.cm-2) Muon density (20%)
Rayon de courbureest le meilleurdiscriminant
à 40o
Facteur discriminant = Combinaison linéaire
4
1
)(
ii ferdumoyennevaleur
iparametre
Proton
Iron
i ajustés pour maximiser le facteur
de mérite
Facteur de merite 2
Discrimination améliorée
Etude multidimensionnelle
Simulationde gerbes
Analyse multidimensionnelle& composition UHERC
fait en cours Futur…Progrès
SDSim + Reconstruction
ConclusionConclusion
Etude de l’information donnée par le détecteur
• Etude des gerbes atmosphériques : Définition des critères de discrimination Note interne et présentation au meeting de collaboration
• Développement en cours : Muon Counting + reconstruction CdF
Travaux en cours : AnalyseTravaux en cours : Analyse
• Amélioration de la mesure de l’énergie des UHECR
• Etude de la direction d’arrivée des UHECRAnisotropie Nouveau groupe de travail : CdF – LPNHE
• Application aux premières données.
Les cartes Unifiées (UB)Les cartes Unifiées (UB)
• UB produites : 130• UB à Malargue : 113• UB installées : 36
• UB en production : 300 (à Malargue mi-janvier)
• UB prévues : 500 mi-2004
Le réseau actuelLe réseau actuel
• 240 cuves installées (dont 40 prototypes)
• 114 cuves avec électronique(dont 30 prototypes)
120 km2
Le plus grand réseau du monde
Les détecteurs de fluorescenceLes détecteurs de fluorescence
• 3 baies installées surLos Leonas
• 3 baies installées surCoihueco
• 3 baies en cours surLos Morados
11erer événement stéréo hybride événement stéréo hybride