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Theses Year : 2013

Search of an ultra high energy neutrino diffuse flux with ANTARES telescope

Recherche de neutrinos de ultra haute énergie à l'aide du telescope ANTARES

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L. Core
  • Function : Author
  • PersonId : 954620

Abstract

The ANTARES high-energy neutrino telescope is a three-dimensional array of photomultipliers distributed over 12 lines, installed on the seabed in the Mediterranean Sea. The detector has been operated in partial configurations since March 2006 and the deployment was completed in May 2008. The main goal of the experiment is the search for high-energy neutrinos from astrophysical sources. A neutrino telescope in the Northern hemisphere includes the Galactic Center in its field of view and it can be seen as complement to the IceCube Antarctic telescope. The detector is optimized for the detection of muon neutrinos, since at energies above 1 TeV muons resulting from charged current interactions can travel kilometers and are almost collinear with the parent neutrinos. Ultra high energy neutrinos can have different origins: they could be created during the interaction of high energetic cosmic rays with the CMB or cosmological phenomena such as supernova remnants or AGNs. There are other possible sources due to new theories in the field of physics beyond the Standard Model. In my third year of PhD, I have performed the search for ultra high energy (in the energetic range of 100 PeV-10 EeV) extraterrestrial muon neutrinos from unresolved sources. If the sensitivity of point source search techniques is too small to detect neutrino fluxes from individual celestial bodies, it is possible that the sources all together could produce an excess of events over the expected atmospheric neutrino background and recognizable as a UHE signal. The sensitivity of the ANTARES detector to diffuse neutrinos is evaluated from MonteCarlo simulations, a dedicated production in the energy range written above. Neutrino absorption by the Earth for energies greater than PeV had been taken into account, so the search for the astrophysical signal is restricted near the horizon. In this angular zone the most severe source of background are the atmospheric neutrinos, but also atmospheric muons which, even very reduced in number, can feign a cosmic signal. Knowing that UHE events depose a large amount of light in the detector, six variables of this kind have been chosen and then a combination of them has been used to discriminate signal from background. I have tank into account the different detector configurations from Dec. 2008 to Dec. 2011 when analyzing data, with an equivalent lifetime of 800 days. The results are presented and the upper limit for diffuse flux neutrinos is going to be estimated, considering different kind of UHE flux from astrophysical acceleration sources, such as AGN, a Waxman-Bahcall like spectrum or amodel from GZK cut-off, in the cosmological neutrinos scenario.
Le télescope ANTARES pour detecter les neutrinos de haute énergie est un réseau tridimensionnel de photomultiplicateurs répartis sur 12 lignes, installés sur le fond marin de la Méditerranée. Le détecteur a été utilisé dans des configurations partielles depuis Mars 2006 et le déploiement a été achevée en mai 2008. Le principal objectif de l'expérience est la recherche de neutrinos de haute énergie à partir de sources astrophysiques . Un télescope à neutrinos dans l'hémisphère Nord inclut le centre galactique dans son champ de vision et il peut être considéré comme complémentaire au télescope IceCube en Antarctique. Le détecteur est optimisée pour la détection de neutrinos muoniques, au delà de la seuile de 1 TeV et en détectant les muons issus des interactions, particules chargées qui peuvent voyager kilomètres et sont presque colinéaires avec les neutrinos originaires. Les neutrinos de haute énergie peuvent avoir différentes origines : ils pourraient être créés lors de l'interaction des rayons cosmiques énergétiques élevés avec le CMB ou dans des phénomènes cosmologiques tels que restes de supernovae ou AGN. Il y a d'autres sources possibles en raison de nouvelles théories dans le domaine de la physique au-delà du Modèle Standard. Dans ma troisième année de thèse, j'ai effectué la recherche pour des neutrinos muoniques extraterrestres d'énergie ultra-haute (dans la gamme dynamique de 100 PeV - 10 EEV) issus de sources non résolues . Si la sensibilité des techniques de recherche de sources ponctuelles est trop petit à détecter flux de neutrinos de corps célestes individuels, il est possible que les sources ensemble pourraient produire un excès d'événements au cours du fond de neutrinos atmosphériques et reconnaissable comme un signal UHE. La sensibilité du détecteur de neutrinos ANTARES à diffuser est évaluée à partir de simulations MonteCarlo, une production dédiée à la gamme d'énergies écrit ci-dessus. L'absorption des neutrinos par la Terre pour des énergies supérieures que PeV avait été prise en compte, de sorte que la recherche de l' astrophysique signal est limitée près de l'horizon. Dans cette zone angulaire la plus sévère source de fond sont les neutrinos atmosphériques , mais aussi les muons atmospheriques qui même très réduites en nombre, peuvent feindre un signal cosmique. Sachant que les événements UHE déposent une grande quantité de lumière dans le détecteur , six des variables de ce type ont été choisies et ensuite une combinaison d'entre eux a été utilisés pour discriminer le signal du fond. J'ai pris en compte les différentes configurations de détection du Dec. 2008 à Décembre 2011 lors de l'analyse des données , avec une durée de vie équivalente de 800 jours. Les résultats sont représentés et la limite supérieure de flux diffus de neutrinos va être estimé, compte tenu de différents types de flux de UHE astrophysique sources d'accélération , comme AGN , un Waxman - Bahcall comme spectre ou un modèle de GZK coupure , dans le scénario de neutrinos cosmologique.
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Dates and versions

tel-00969098 , version 1 (03-04-2014)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00969098 , version 1

Cite

L. Core. Search of an ultra high energy neutrino diffuse flux with ANTARES telescope. Instrumentation and Methods for Astrophysic [astro-ph.IM]. Aix-Marseille Université, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00969098⟩
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