Etude de la sensibilité du détecteur ANTARES à un flux diffus de neutrinos cosmiques de haute énergie

Alain Romeyer (1)

1 CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives

The ANTARES collaboration aims to built an underwater neutrino telescope, 2 400 m deep, 40 km from Toulon (France). This detector is constituted by 12 strings, each one comprising 90 photomulti-pliers. Neutrinos are detected through their charged current interaction in the medium surrounding the detector (water or rock) leading to the production of a muon in the final state. Its Tcherenkov light emitted all along its travel is detected by a three dimensional array of photomultipliers.The diffuse neutrino flux is constituted by the addition of the neutrino emission of sources. Only as-trophysical ones have been discussed. The different theoretical models predicting such a flux have been listed and added to the simulation possibilities. As the muon energy reconstruction was a crucial parameter in this analysis, a new energy estimator has been developed. It gives a resolution of a factor three on the muon energy above 1 TeV. Discriminant variables have been also developed in order to reject the atmospheric muon background.Including all these developments, the ANTARES sensitivity is found to be around 8.10-8 GeV·cm-2·s-1·sr-1 after one year of data taking for an E-2 spectrum and a 10 string detector.

La collaboration ANTARES se propose de construire un télescope sous-marin à neutrinos, par 2400 m de fond, à 40 km de Toulon. Ce détecteur sera constitué de 12 lignes comportant chacune 90 photo-multiplicateurs. Les neutrinos sont détectés via leur interaction par courant chargé dans le milieu en-tourant le détecteur (l'eau ou la roche) conduisant à la production d'un muon dans l'état final. Celui-ci émet de la lumière Tcherenkov lors de sa propagation dans l'eau. Cette lumière est repérée par un ré-seau tridimensionnel de photomultiplicateurs. Le flux diffus de neutrinos est constitué par l'addition de l'émission en neutrinos des différentes sour-ces. Seules les sources d'origine astrophysique ont été retenues. Les différents modèles théoriques pré-disant un tel flux ont été inventoriés et leurs prédictions ont été intégrées aux possibilités de simula-tion. La reconstruction en énergie des muons étant un paramètre crucial pour cette analyse, un nouvel estimateur d'énergie a été développé. Il permet d'aboutir à une résolution en énergie de l'ordre d'un facteur 3. Des variables discriminantes ont également été construites afin de rejeter le bruit de fond constitué par les muons atmosphériques. L'ensemble de ces travaux permet d'aboutir à une sensibilité de l'ordre de 8.10-8 GeV·cm-2·s-1·sr-1 au bout d'un an pour un flux en E-2 et un détecteur comportant 10 lignes.

Mots clés: ANTARES; neutrino; télescope; astrophysique; flux diffus; sensibilité

Domaines: Cosmologie et astrophysique extra-galactique [astro-ph.CO]

Alain Romeyer. Etude de la sensibilité du détecteur ANTARES à un flux diffus de neutrinos cosmiques de haute énergie. Cosmologie et astrophysique extra-galactique [astro-ph.CO]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00002856⟩