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1 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg N S E W CODALEMA COsmic ray Detection Array with Logarithmic ElectroMagnetic Antennas Arnaud.

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1 1 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg N S E W CODALEMA COsmic ray Detection Array with Logarithmic ElectroMagnetic Antennas Arnaud Bellétoile Pour la collaboration CODALEMA SUBATECH - Université de Nantes - EMN - IN2P3 Observatoire de Paris-Meudon, Station de Nançay - INSU LAL - IN2P3 ESEO LPSC Grenoble - IN2P3

2 2 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A StrasbourgSommaire 1.Origine et caractéristiques du signal attendu 2.Statut de Codalema a la dernière semaine SF2A 3.Procédure de discrimination des évènements gerbes 4.Premières analyses

3 3 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A StrasbourgRadiodétection Direction darrivée Direction darrivée Triangulation du signal entre plusieurs antennes Énergie du primaire Énergie du primaire Proportionnelle au champ électrique Nature du primaire Nature du primaire X MAX, profil du champ électrique

4 4 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Origine du champ électrique Excès de charge: e-/e+ monopole Effet géomagnétique F=qVxB dipôle - + u Emission dipôlaire u Emission Synchrotron u Emission Cerenkov t( s) E( V/m) Pour v T =0.2 c 10 fois + fort que pour lexcès de charge excès de charge: 10 % Gerbe verticale E = eV Encore plus favorable pour les Gerbes inclinées

5 5 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg eV Gerbe verticale (excès de charge seul) amplitude => énergie durée => paramètre dimpact forme => Nature du primaire SENSIBLE au X MAX XMAX à 1700m Charge Excess=10 % Détection à large distance Antennes large bande

6 6 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg eV Gerbe verticale petit paramètre dimpact H. R. Allan (1971) : pk ~150 V/m pk ~150 V/m FWHM duration ~ 8 ns spectre plat Antennes bande étroiteAntennes bande étroite Petit champ dantennePetit champ dantenne Set Up actuel à Nançay

7 7 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Nançay MHz Nantes MHz Forme du spectre de limpulsion (pas à léchelle) Triggering & time tagging Le ciel à Nançay

8 8 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Taux de trigger en stand alone MHz Connaissance du fond radio impulsionnel Conditions atmosphériques Alternance jour-nuit Activité humaine Activité solaire Taux très bas< 1 Hz 100 % cycle utile 5 mV10 mV Trigger radio autonome possible

9 9 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Event topology Avec une antenne en trigger: Seulement 1 candidat pour 25 H en utilisant une bande restreinte MHz (paramètres du signal : 0.4 mV/m, 4 ns temps de monté: compatible avec la théorie) Efficacité de détection trop faible en MHz à cause de la dynamique des ADC 8 bits => Flash ADC Matacq 12 Bits => Flash ADC Matacq 12 Bits Candidat selections

10 10 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Set Up de lexperience N S E W Antennas Particle detectors Acquisition room 87 m 87 M 608 m 1.5 m PM under copper housing Plastic scintillator Coïncidence 4 Scintillateurs => Trigger Filtrage Off-line

11 11 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Caractéristiques du Trigger Surface active: 7000 m 2 Tx comptage: 0.7 evt/min Limite Zénithale 0° < <60° Pas de limite Azimutale Acceptance estimée m 2.sr Seuil en énergie du Trigger Seuil en énergie du Trigger eV

12 12 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Candidats gerbes: 0° < <60° Répartition des évènements antennes Évènements bruit: Anthropique Répartition inhomogène Bas sur lhorizon + soleil + orages +… Seuil en énergie du trigger bas => 1 Evt antenne reconstruit / 2h

13 13 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Distribution en temps Antennas time – Particles time Distribution piquée (<100ns) Candidats gerbes Distribution plate Événements fortuits Écart de temps darrivée du front entre scintillateurs et antennes

14 14 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Corrélation des directions darrivée 1 evt / jour Acceptance Scintillateur Seuil en énergie de linstrument ~ eV Seuil en énergie de linstrument ~ eV sin( ).Gaussian = 4° = 4° direction Antennes– direction Particules

15 15 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Topologie du champ électrique Extension du Chp E > 600 ~ eV Multiplicité variable sur le champ dantennes => Nécessité dagrandir le réseau dantenne Amplitudes mesurées: de 1 à 25 V/m/MHz [ MHz]

16 16 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Discrimination sur critère radio Profil du champ E très caractéristique pour les gerbes Seuil de linstrument Évènement fortuit (source anthropique identifiée) (source anthropique identifiée) Critère de sélection radio

17 17 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Position du point dimpact (préliminaire) Estimation du cœur de gerbe (barycentre)

18 18 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Position du cœur =>Projection des points dans le repère de la gerbe Fit exponentiel : E(d ) = E 0 exp [ ] -d d0 d0 d0 d0 Compatible avec des barres derreur de 20 % Dépendance du Champ E (préliminaire) E = 14 µV/m/MHz d = 216 m (signal MHz)

19 19 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A StrasbourgConclusion Instrument opérationnel Détecte la contribution radio des gerbes atmosphériques Seuil statistique E ~ eV Principe de radiodétection autonome validé Développement de linstrument Agrandissement du champ dantenne (axe Nord-Sud) Ajout de détecteurs de particules Vers les très hautes énergies Antennes dipôles autonomes Déploiement sur un détecteur géant (Auger) Modèle théorique Énergie & Nature du primaire

20 20 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg And when there are no pulses ? Correlation product t

21 21 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg (Preliminary) phasing Delays between antennas plane wave fit wave direction Azimuth (0° north) Elevation (0° horizon) Sun (Low elevation) Systematic error or refraction ? (~3°)

22 22 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Solar activity as seen by the DAM on 2005/01/15

23 23 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Particles + antennas events Energy deposited in stations => No correlation between PM and antenna Scintillator signal D32 (V) Correlation Max antenna/ scintillator signal (Amplitude Max) 2 Antenne D32 (V) scintillators – antennas Interactions

24 24 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg La radiodétection 1962:Prédiction théorique - effet Askaryan : Première expérience - T.C. Weekes Milieu 70 : Méthode délaissée difficultés dinterprétation et de détection + succès dautres techniques Fin 90 :Redécouverte dans milieux denses (glace, sel) =>neutrinos En 1999:preuve du principe sur accélérateur (sable, D. Saltzberg,) En 2000 : Expérience sur CASA-MIA (K.Green et al., 2003, N.I.M. A, 498) Expérience LOPES sur KASCADE Expérience CODALEMA de SUBATECH En 2002 En 2005 : H. Falcke et al., Nature, May 19, 2005 P. Lautridou et al. NIM A, 2005 & astro-ph

25 25 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Preliminary results of the second phase The entire shower development is seen by every fired antenna (no statistical effect) Field topology is a decisive criterion of selection in stand alone mode NOW Waveform analysis + Field Topologies + Theoretical models =>Energy =>Nature Evidence for radio signal associated with CR Air Showers Operating instrument

26 26 30 Juin 2005Arnaud Bellétoile - Semaine SF2A Strasbourg Bilan à la semaine SF2A 2004 Détection de transitoire radio Trigger autonome Reconstitution de la direction darrivée dun front onde Triangulation Cycle Utile 100% Phénomènes impulsionnels Conditions atmosphériques Activité solaire Activité humaine Tx trigger ~ 1Hz Incapacité de discriminer un évènement gerbe


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