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Theses Year : 2005

Underwater acoustic detection of ultra-high energy neutrinos in ANTARES

Détection acoustique sous-marine de neutrinos de ultra haute énergie dans le cadre de l'experience ANTARES

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Abstract

We investigate the possibility to detect ultra high energy neutrinos (UHE, 10^18+ eV ) by the mean of underwater acoustic methods. This study is based on experimental measurements and, when none of those are available, on numerical simulations. The sea water acts as a target for neutrinos of cosmic origin. The electroweak interaction of high energy neutrinos with water molecules leads to a cascade of secondary particles resulting in the emission of an ultra-sonic impulse by a thermo-acoustic coupling mechanism. This mechanism is little efficient, however the generated signal has good propagation properties. Ambient sea noise, as well as the self noise of the ceramic transducers used for the detection, restrict the method to UHE. In addition, the strong directivity of the signal implies that location methods, by the detection in coincidence on multiple detectors, are little efficient. At extremely high energies (10^20+ eV) and for a single detector we estimate the sensitivity limit of this acoustic method to be of the order of E^2*phi=10^6 GeV*cm^-2*sr^-1*s^-1, for an astrophysical flux falling as 1/E^2.
Nous étudions la possibilité de détecter des neutrinos de ultra haute énergie (UHE, 10^18+ eV) en utilisant des méthodes d'acoustique sous-marine. Cette étude s'appuie sur des mesures expérimentales et, lorsque ces dernieres font défaut, sur des simulations numériques. L'eau de mer est utilisée comme cible pour des neutrinos d'origine cosmique. L'interaction faible d'une neutrino de haute énergie avec une molécule d'eau conduit à une cascade de particules secondaires résultant en l'émission d'une impulsion ultra-sonore par un mécanisme de conversion thermo-acoustique. Ce mécanisme est peu efficace néanmoins le signal généré possède de bonnes propriétés de propagation. Le bruit ambiant marin, ainsi que le bruit propre des céramiques transductrices utilisées pour la détection, restreint la méthodes aux UHE. Par ailleurs la forte directivité du signal implique que les méthodes de localisation, par détection en coincidence sur des détecteurs multiples, sont peu efficaces. Aux energies extrèmes (10^20+ eV) et pour un détecteur unique nous estimons la limite de sensibilité de cette méthode acoustique de l'ordre de E^2*phi=10^6 GeV*cm^-2*sr^-1*s^-1, pour un flux astrophysique phi en 1/E^2.
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Dates and versions

tel-00132273 , version 1 (20-02-2007)

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  • HAL Id : tel-00132273 , version 1

Cite

Valentin Niess. Détection acoustique sous-marine de neutrinos de ultra haute énergie dans le cadre de l'experience ANTARES. Cosmologie et astrophysique extra-galactique [astro-ph.CO]. Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00132273⟩
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