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1 Observatoire Pierre Auger Létude des rayons cosmiques de très hautes énergies CPPM 16/03/2009.

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1 1 Observatoire Pierre Auger Létude des rayons cosmiques de très hautes énergies CPPM 16/03/2009

2 Etude des rayons cosmiques autour de eV Evénements extrêmement rares Etat des connaissances en 1995 ~20 événements au-dessus de eV 6 expériences avec chacune quelques événements détect é s 2 expériences en désaccord sur le spectre en énergie … avec 2 techniques de détection différentes => Détecteur géant avec 2 techniques de détection : * réseau de surface : coupe transversale de la gerbe * détecteur de fluorescence : développement longitudinal de la gerbe Paramètres à mesurer : Direction, Energie, Nature

3 Définition du détecteur Etude des rayons cosmiques autour de eV Evénements extrêmement rares : 1 evt/km 2 /siècle surface de détection importante : 30 evts/an = 3000 km 2 Impact au sol important : qq 10 9 particules sur qq km 2 Symétrie/direction du primaire : échantillonnage possible réseau triangulaire : 1.5km entre détecteur Synchronisation à moins de 15 ns => Détecteur autonome : Alimentation sur batteries rechargées par panneaux solaires Communications hertziennes avec le monde extérieur Marquage en temps par GPS Intelligence locale pour gérer lensemble

4 4 La détection des gerbes atmosphériques

5 5 The Surface Array Detector Station Communications antenna Electronics enclosure 3 – nine inch photomultiplier tubes Solar panels Plastic tank with 12 tons of water Battery box GPS antenna

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8 8 Station locale Front end –3 PMs : 9 (2 sorties par PM : anode et dernière dynode) –6 FADC (40 MHz - 10 bits -> 17 bits de dynamique) –Trigger 1 : Cyclone II -> stockage de linformation (~110 Hz) –Données : ~20 µsec autour du trigger - 6x768 bins µ-contrôleur : –Lecture DMA de la mémoire de données –Timing : GPS (OnCore UT Motorola) + horloge 100 MHz (GPS : précision intrinsèque de 8 ns) –Trigger 2 : sélection fine (~20Hz) –Gestion du dialogue avec la station centrale –Contrôles-commandes : tensions PM, lecture des tensions, courants, températures, contrôle du LED flasher

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10 10 Engineering Array : prototypes Carte Processeur Carte Front-end (USA) Carte Slow-control (LAL) Carte Time tagging (Besançon) tout a été validé lors de la période de fonctionnement de lEA

11 11 Carte unifiée Production terminée en 2005 : 1800 cartes ASIC TTAG Electronique : production succès dans lEApassage à la production Réalisation dun ASIC Time Tagging : dans la carte unifiée

12 12 Variation de la température des PMs modification du gain correction par calibration sur les muons verticaux Variation de la température de l'électronique dérive de lhorloge 100 MHz correction avec le 1 pps du GPS Température PM1 Température électronique Dérive 100MHz Ex. dactions locales

13 13 Chaque détecteur de surface est équipé dune unité de réseau sans fil qui communique avec une station de base située sur une tour de concentration : 28 secteurs wireless LAN, chacun pouvant accéder à 60 détecteurs réalisation en laboratoire du matériel et protocoles propriétaires le réseau opère dans la bande industrielle, scientifique et médical (ISM) : MHz time-division multiple access (TDMA) over-the-air bit rate de 200 kbits/s partagé entre toutes les stations dun secteur volume de données 1200 bits/s pour chaque station le protocole garantit un accès au réseau à chaque détecteur toutes les secondes Le r é seau de surface

14 14 liaison point à point entre les concentrateurs de données réseau micro-ondes utilisant une architecture de télécommunications standard équipement disponible dans le commerce fonctionne dans la bande de 7 GHz chaque liaison a une capacité of 34 Mbps 2 branches aboutissant à une station centrale Les liens micro-ondes

15 15 Présentation globale

16 16 Los Leones Cuhueco Loma Amarilla Los Morados SD le 01/04/ tanks deployed 1644 with water 1624 with electronics 1593 tanks running 31 tanks down

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18 18 détecteurs : toutes les secondes ~20 alertes -> station centrale alerte : d é pôt d' é nergie dans le d é tecteur. Envoi du temps pr é cis de l' é v é nement et une valeur grossi è re de l' é nergie. Utilise environ la moiti é de la bande passante. conservation des donn é es 5s dans la station locale. station centrale : corr é lation g é ographique et temporelle 3 d é tecteurs proches ou plus dans un temps l ordre de 6 µ sec station centrale : demande des donn é es si corr é lation av é r é e d é cision en moins de 2s détecteurs : envoie des donn é es correspondantes + calibration chaque seconde, par paquets dans la bande passante restante détecteurs : envoie des donn é es de monitoring (/6 min) Fonctionnement

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20 20 Près du coeur de la gerbe : - beaucoup d'énergie déposée - durée courte (<750 ns) Loin du coeur de la gerbe : - peu d'énergie déposée - longue durée (~ 3 s)

21 Détecteur de fluorescence

22 Miroir sphérique (3,5x3,5 m 2 ) Caméra (440 PM)

23 Hybrid Event

24 24 Auger en quelques chiffres : 17 pays, 60 institutions deux sites pour couvrir tout le ciel : hémisphère sud : Malargüe (Argentine) hémisphère nord : Lamar (Colorado-USA) observatoire sud approuvé et financé en 1999 coût du site sud : 48 M$ (WBS) réseau de surface de 1600 stations 24 détecteurs de fluorescence sur 4 sites

25 25 Auger en France 3 départements du CNRS (PNC, SU, SPI) dans la phase de conception 5 laboratoires de lIN2P3 aujourdhui budget de 3 M pour le site sud 1,5 M du CNRS 510 k de lIN2P3 120 k de lINSU 350 k de la région Ile-de-France 520 k du programme Astroparticule construction : bases photomultiplicateurs (IPN) électronique et logiciels des stations locales (PCC-APC) liens micro-ondes entre concentrateurs/station centrale (LPNHE) matériels et logiciels de la station centrale (LPNHE)

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27 27 Energy spectrum from SD < 60° Calibration unc. 18% FD syst. unc. 22% 5165 km 2 sr yr ~ 0.8 full Auger year Exp Obs > / > / Slope = ± 0.03

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