Ultra high energy neutrinos at the Pierre Auger observatory
Etude des neutrinos de ultra haute énergie à l'observatoire Pierre Auger
Résumé
The Pierre Auger observatory is an experiment dedicated to the detection of ultra high energy cosmic rays. This detector is composed of two different sub-detectors which complement each other to offer the greatest potential for the study of ultra high energy cosmic rays ever achieved.. The observatory is also sensitive to ultra high energy neutrinos, though it was not designed in that goal. During this thesis, a simulation software has been developed to study the propagation and interaction of tau neutrinos in the Earth crust, a work needed in the study of the first detection channel, in which tau neutrinos graze the Earth just below the horizon and interact inside the Earth crust, just below the detector. In addition to the conversion probability needed to compute the detector acceptance to such neutrinos, the program allowed the study of some specific features linked to the propagation of the particles inside the rock, giving a better understanding ot their impact on the overall result. The second part of the work deals with neutrinos interacting directly inside the atmosphere, like classic cosmic rays do. For this second channel, a selection criterion has been developed through the comparison of simulated ultra high energy neutrino showers with respect to the reaw data collected by the detector. The study of neutrinos inside the Pierre Auger collaboration allowed to derive two limits to the diffuse flux of ultra high energy neutrinos at energies around 1 EeV.
L'observatoire Pierre Auger est une expérience de détection du rayonnement cosmique aux plus hautes énergies jamais mesurées. Ce dernier possède deux sous-ensembles de détection différents et complémentaires qui lui confèrent des capacités sans précédents pour l'étude du rayonnement cosmique. Le détecteur est également sensible aux neutrinos de ultra haute énergie, et ce bien qu'il n'ait pas été conçu dans ce but. Au cours de cette thèse, un programme de simulation a été développé afin d'étudier la propagation et l'interaction des neutrinos taus dans la croûte terrestre, travail nécessaire à l'étude du premier des deux canaux de détection possible, mettant en jeu des neutrinos de type tau traversant la terre sur une faible épaisseur, et venant interagir dans la roche à proximité du détecteur. En plus de fournir la probabilité de conversion neutrino-tau, nécessaire pour le calcul de l'acceptance du détecteur, celui-ci a également permis d'étudier en détail des processus liés à la propagation des particules dans la roche, permettant de mieux comprendre leur impact sur les résultats de l'analyse. La seconde partie du travail concerne les neutrinos interagissant directement dans l'atmosphère, à la manière des rayons cosmiques classiques. Pour ce deuxième canal de détection, un critère de sélection a été développé à partir de la comparaison de simulation de gerbes atmosphériques, induites par des neutrinos de ultra haute énergie, avec les données brutes du détecteur. L'étude des neutrinos à l'observatoire Pierre Auger a permis d'obtenir deux limites sur le flux diffus de neutrinos de ultra haute énergie, parmi les plus contraignantes à des énergies de l'ordre de l'EeV.