Nature des Rayons Cosmiques d’Ultra Haute Energie (UHERC)

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1 Nature des Rayons Cosmiques d’Ultra Haute Energie (UHERC)
Gilles Maurin PCC - Collège de France

2 Plan Problématique d’Auger :
Importance de l’identification de la nature du primaire ? Méthodes de discrimination : Xmax, densité de muons, rayon de courbure… Etude multidimensionnelle Etat actuel d’Auger : Développement des cuves, électronique…

3 Spectre des Rayons cosmiques (1)
Zone connue 100 km/h !!

4 Spectre des Rayons cosmiques (2)
Au dessus de GZK Coupure GZK

5 Questions ??? Quelle est la nature de ces rayons cosmiques ?
Quelle est leur énergie ? Energie supérieure à la coupure GZK ? D’où viennent-ils ? coupure GZK  sources proches de nous  100Mpc Quelle est la nature de ces rayons cosmiques ? p, n, , noyau, neutrino…

6 Bottom - Up Nature des rayons cosmiques primaires (1)  Signature :
Mécanismes astrophysiques violents : Noyaux Actifs de Galaxies Super Novae…  Signature : Particules primaires = particules chargées (proton, noyaux)

7 Top-Down Nature des rayons cosmiques primaires (2)  Signature :
Désintégration, annihilation… d’une particule “X” : Défauts Topologiques (cordes, monopôles...) Particules métastables reliques du Big-Bang  Signature : Particules primaires = protons, photons et neutrinos

8 Formation des gerbes atmosphériques
Rayon cosmique Première Interaction Formation de la cascade électromagnétique Front de particules

9 90% de  (>50 keV) 9% d’électrons (>250 keV)
1ère interaction z Formation des gerbes n 2n±  e  e Xmax Nmax Cascade EM Cascade de pions Cascade de nucléons Désintégration ±  Hadrons près du coeur  e Sol 90% de  (>50 keV) % d’électrons (>250 keV) 1%  (>1 GeV)

10 Typiquement au maximum de la gerbe :
600  109 photons 60  109 électrons 0.6  109 muons (gerbe a 1020 eV ) Excitation du diazote de l’air  émission isotrope de photons UV Front de particules Détecteur de Fluorescence

11 Le détecteur de fluorescence
Xmax signal Nmax t

12 Xmax photon - proton – fer
Le fer atteint son maximum de développement avant le proton (à même énergie) 1020 eV

13 Distribution des Xmax Proton - Fer
Distribution des Xmax à un angle donne et à une énergie donnée 1020 eV vertical 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 statistique

14 Le facteur de mérite s1 s2 m1 m2

15 Exemple de facteur de mérite
Paramètres de discrimination Valeur moyenne (100 showers) M=0.5 M=1 M=1.5

16 Facteur de mérite du Xmax
Xmax mesure exacte Xmax à 30g/cm2 A tout angle

17 Le réseau de surface 1,5 km

18 SD : Reconstruction en temps
Front de particules A partir de ces temps : reconstruction de la direction d’arrivée et de la forme du front de la gerbe. T1 T2 T3 T4 1,5 km

19 Rayon de courbure Proton - Fer Le rayon de courbure du fer est plus
grand que celui du proton. (à même énergie)

20 Rayon de courbure Proton - Fer
Rayon de courbure en km

21 Facteur de mérite : Rayon de courbure
Mérite facteur

22 Signal dans les cuves Signal enregistré par les 3 PM :
Loin du cœur de la gerbe Signal enregistré par les 3 PM : Photon Electron Muon Signal déposé par les muons

23 Densité de muons au sol Environ 30% de muons en plus pour les fer que
pour les protons (à même énergie)

24 Facteur de mérite : densité de muon

25 Facteur de mérite : Comparaison (1)
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

26 Facteur de mérite : Comparaison (2)
Muon density (10%) Radius Curvature T80 Rise Time T80 Xmax (30g.cm-2) Muon density (20%) Rayon de courbure est le meilleur discriminant à 40o

27 Etude multidimensionnelle
Facteur discriminant = Combinaison linéaire Proton Iron i ajustés pour maximiser le facteur de mérite Facteur de merite  2  Discrimination améliorée

28 Conclusion Etude des gerbes atmosphériques :
 Définition des critères de discrimination  Note interne et présentation au meeting de collaboration Développement en cours : Muon Counting + reconstruction CdF Etude de l’information donnée par le détecteur Simulation de gerbes Analyse multidimensionnelle & composition UHERC SDSim + Reconstruction Progrès fait en cours Futur…

29 Travaux en cours : Analyse
Amélioration de la mesure de l’énergie des UHECR Etude de la direction d’arrivée des UHECR Anisotropie Nouveau groupe de travail : CdF – LPNHE Application aux premières données.

30 Les cartes Unifiées (UB)
UB produites : 130 UB à Malargue : 113 UB installées : 36 UB en production : (à Malargue mi-janvier) UB prévues : 500 mi-2004

31 Le réseau actuel 240 cuves installées (dont 40 prototypes)
114 cuves avec électronique (dont 30 prototypes)   120 km2 Le plus grand réseau du monde

32 Les détecteurs de fluorescence
3 baies installées sur Los Leonas 3 baies installées sur Coihueco 3 baies en cours sur Los Morados

33 1er événement stéréo hybride

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