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

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…

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

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

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…

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)

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

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

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) 9% d’électrons (>250 keV) 1%  (>1 GeV)

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

Le détecteur de fluorescence Xmax signal Nmax t

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

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

Le facteur de mérite s1 s2 m1 m2

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

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

Le réseau de surface 1,5 km

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

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

Rayon de courbure Proton - Fer Rayon de courbure en km

Facteur de mérite : Rayon de courbure Mérite facteur

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

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

Facteur de mérite : densité de muon

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

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

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

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…

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.

Les cartes Unifiées (UB) UB produites : 130 UB à Malargue : 113 UB installées : 36 UB en production : 300 (à Malargue mi-janvier) UB prévues : 500 mi-2004

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

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

1er événement stéréo hybride