Recherche indirecte de matière noire avec HESS 2 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008.

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1 Recherche indirecte de matière noire avec HESS 2 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008

2 1. L’expérience HESS / HESS 2 2. Discrimination photons / protons 3. Résolution angulaire 4. Résolution énergétique 5. Banc de test pour les photomultiplicateurs HESS 2 Sommaire Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008

3 Photon L’imagerie Tcherenkov Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008  Développement d'une cascade électromagnétique avec émission Tcherenkov brève et faible  Analyse de la forme de l'image : o identification du primaire o énergie o direction HadronMuon

4 Photon L’expérience HESS Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008  Réseau de 4 télescopes de 12m de diamètre agencé en carré de 120m  Détecteur situé en Namibie à 1800m d’altitude  Résolution : Energie : 15% à 150GeV Angulaire : < 0,1° Rayon cosmique Gerbe Lumière Cherenkov

5 Les caméras Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008  Champs de vue : 5°  960 photomultiplicateurs  Dimension : Diamètre : 1.6 m, Longueur : 1.5 m, Poids : 800 kg  Déclenchement : 5 pe dans PM, Coïncidence du signal pour 3 à 5 pm Fenêtre de coïncidence : 1.5 ns

6 HESS2 : le télescope TélescopeHESS1HESS2 Diamètre12 m28 m Focale15 m36 m Champ de vue5°3,17° Nombre de PM9602048 Seuil100 GeV20 GeV Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008

7 HESS2 : les enjeux Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008  Accéder à une gamme d’énergie non encore étudiée < 100 GeV  Relier les mesures satellites (GLAST) et les mesures des télescopes Tcherenkov au sol (HESS)  Détection d’AGN plus lointains  Etude de l’émission des pulsars  Rechercher la matière noire à plus basse énergie : Physique des particules Astrophysique

8 Reconstruction par la méthode de Hillas pour HESS 1 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Photon – Hypothèse d’une distribution des p.e. sur la camera selon une gaussienne à 2 dimensions (Ellipse) – Paramètres utilisés : largeur et longueur des axes principaux de la distribution centrée réduite (variables indépendantes de l’énergie et de la direction) Utilisation des valeurs moyennes sur les quatre télescopes.

9 Rejection par la méthode de Hillas pour HESS 2 Mathieu de Naurois, HESS Collaboration Meeting, Tübingen, 2008 Faibles pouvoirs de rejection Nécessité d’ajouter de nouveaux paramètres Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008

10 Paramètres disponibles : - Charge : Nombre de photo-électrons dans la caméra - Longueur - Largeur - Distance Nominale : distance entre le barycentre de l’ellipse et le centre de la caméra - Skewness (coef. de dissymétrie, ordre 3) - Kurtosis (coef. d’aplatissement, ordre 4) - Alpha (utilisable pour les sources ponctuelles uniquement) Reconstruction par la méthode de Hillas Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008

11 Utilisation du package TMVA Analyses multivariables utilisées : Arbres de décisions : BDT Discrimination linéaire : Fisher Réseau de neurones : MLP Signal : spectre de photons en E -2 Bruit de fond : spectre de protons E -2.7 Entrainement : 2 lots de 10000 évènements de signal et de bruit de fond, un pour l’entrainement, un pour le test Entrées :

12 Utilisation du package TMVA Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Arbres de décisions : BDT Discrimination linéaire : Fisher Réseau de neurones : MLP

13 Rejection par la méthode de Hillas avec TMVA Sorties : Arbres de décisions Fisher Réseau de neurones Bien Meilleure discrimination Signal Bruit de fond Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008

14 Pouvoir de rejection 33% 28% 18% Offset : 0° Zénith = 0° Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Règle : efficacité du fond inférieur à 5% Efficacité globale sur l’ensemble du spectre Hillas Analysis

15 Comportement de Alpha suivant les différents nettoyages Comportement différent pour alpha suivant le nettoyage Utilisable que pour les sources ponctuelles Photons Hadrons Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Clean 5/10 Clean 1/3

16    Utilisation de DeltaPhi pour différents nettoyage  =  5/10 –  1/3 DeltaPhi (°) Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Offset : 0° Zénith = 0° Distribution moins piquée pour les hadrons Utilisable pour tout les types de sources

17 Pouvoir de rejection Analyse Hillas + DeltaPhi Background < 5% 45% 39% 19% AnalyseHillas+ DeltaPhi BDT3345 MLP2839 Fisher1819 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Offset : 0° Zénith = 0°

18 Efficacité gamma pour 95% de proton rejeté (spectre) Hillas Analysis + DeltaPhi MLP Fisher BDT Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008  efficiency MC Energies (TeV) - BDT plus performant au-delà de 10 GeV (efficacité > 40 %) - Fisher tue les hautes énergies Offset : 0° Zénith = 0° hadron efficiency MC Energies (TeV) Background < 5%

19 Entrainement à basse énergie : 20 + 30 + 50 + 80 + 125 GeV Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 MLP Fisher BDT  efficiency MC Energies (TeV) Hillas Analysis + DeltaPhiBackground < 5% Offset : 0° Zénith = 0° Analyse Hillas + DeltaPhiSpectrum20-125 Gev BDT4551 MLP3946 Fisher1918 hadron efficiency MC Energies (TeV)

20 Acceptance Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 ___ Trigger (HESS 2) ___ BDT (HESS 2) ___ 20-100GeV (HESS 2) _ _ _ HESS1 Diminution du seuil de 100 GeV à 20GeV

21 Résolution Angulaire Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Vrai source Fausse source ___ Trigger ___ BDT ___ Coupure sur le bord de la caméra (Nominal Distance < 1°)

22 Reconstruction de l’énergie Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Corrélation = 0.79 Impact MC LogCharge Log(Energy MC) Q1 < Q2 < Q3 Impact1 < Impact2 < Impact3 - Energie lié au nombre de photons dans la caméra - Le paramètre d’impact permet de lever en partie la dégénérescence entre la charge et l’énergie

23 Reconstruction du paramète d’impact Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Bonne Reconstruction du paramètre d’impact jusqu’a 180m Paramètre d’impact MC Paramètre d’impact Reconstruit Impact Rec – Impact MC Paramtètre d’impact MC Impact reconstruit – Impact MC

24 Résolution Energétique Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Résolution du paramètre d’impact insuffisant Biais important suivant plusieurs méthodes Toujours en travaux ! Tables : Charge / longueur Charge / Paramètre d’impact

25 Banc de test pour les photomultiplicateurs de HESS 2 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 J.L. Panazol, N. Fouque, F.Dubois, J. Masbou J.P. Baud, S. Rosier Lees - Test en lumière bleue et blanche - Fonctionnement en automatique sous LabView - Eclairement du banc - Calibration des filtres pour les tests - Mise au point de fits pour l’analyse de données

26 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Mesure du premier photoélectron Lecture du PM à chaque impulsion lumineuse de la diode. Capital pour : - Déterminer le gain du PM - Mesurer la quantité de lumière vue Piédestal 1 pe Nb Coup ADC

27 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Mesure du gain gain HT (V) Point de fonctionnement : gain = 2.10 5 = 80 coup d’ADC Si gain [77;83] => Test à refaire 30 % des PM ont été testé 2 fois

28 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Rapport pic/vallée OK Limite Rapport pic / vallée = rapport S / B Si pic/vallée > 1.5 ok Si pic/vallée [1.4;1,5] Limite tiroir bruité au LAPP donc piédestal plus large Critère le plus contraignant au LAPP

29 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Mesure de la linéarité Contrôle de la réponse linéaire du PM par rapport au flux lumineux envoyé Limite : déviation < 5% % Flux incident

30 Mesure de l’after-pulse (en lumière blanche) Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Mesure de la fréquence de « faux signal » Limite : Fréquence à 0 p.e. < 50 kHz

31 Bilan du banc de test Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 LAPPCESRLPNHETotal Nb testé55545222672486 % accepté79 %92 %64 %79 % Analyse des résultats en cours aussi…

32 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Monitorat à l’enseignement supérieur Première année :  TD de maths, SGM1  TD de rhéologie, SGM1  TD de matériaux, SGM1 Deuxième année :  TD de physique (ondes), tronc communs, SGM2  TD de physique (ondes), tronc communs, GCE2  TD de physique (ondes), poursuites d’études, SGM2

33 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Evènements importants Présentations : -Réunion de Collaboration d’Annecy -Réunions software Ecole d’été : -« Cosmic Accelerators » -« Dark Matter in Astrophysics and Particle Physics » Communication : -Fête de la science 2007 -Fête de la science 2008 -Accompagnateur pour la visite du CERN du 19 avril 2008 -Représentant étudiant auprès de l’école doctorale PHAST

34 Julien Masbou, LAPP, 11 décembre 2008 Conclusion - Perspective Première année vraiment très enrichissante Méthode d’analyse: -Terminer les vérifications de systématiques (autre zénith, décalage dans la caméra,…) -Développements pour CTA Test de PM: -Ecrire une note bilan sur les tests Détermination du sujet de physique dû au retard de HESS2: -Analyse de données de HESS 1 sur le fond diffus  ou sur des objets reliés