Simulation et détection du rayonnement cosmique : Production d'antimatière dans l'atmosphère et étude de l'imageur Cherenkov annulaire de l'expérience AMS

Résumé : Cette thèse porte sur l'étude du rayonnement cosmique nucléaire chargé d'énergie comprise entre quelques centaines de MeV et 1~TeV. Celle-ci peut apporter des réponses à des questions aussi fondamentales que l'asymétrie entre matière et antimatière primordiales, la nature de la matière sombre ou la propagation du rayonnement cosmique. L'étude de ces phénomènes passe par la détection d'antimatière légère. Or l'interaction du rayonnement cosmique primaire au voisinage de la terre conduit à la production et au piégeage de particules secondaires, dont des noyaux légers d'antimatière. Ce travail vise à caractériser cette dernière composante de bruit physique pour des expériences ballons ou satellites. Ceci a été mené à bien grâce à une simulation Monte-Carlo tridimensionnelle prenant en compte de manière réaliste les interactions nucléaires. Cette étude montre en particulier l'importance du phénomène de piègeage magnétique et de l'interaction inélastique non-annihilante pour les particules présentes à 400~km d'altitude. La deuxième partie porte sur l'étude de l'imageur annulaire Cherenkov de l'expérience AMS qui permettra d'effectuer une séparation isotopique du rayonnement cosmique nucléaire chargé. La résolution en vélocité du détecteur a donc été étudiée lors de tests cosmiques et sous faisceau. Il en ressort que le détecteur est compris et que ses performances sont conformes aux attentes. Enfin, un travail de simulation prenant en compte le trigger et l'efficacité de détection d'AMS a été entrepris sur le rapport isotopique $^(10)$Be/$^(9)$Be qui montre les capacités d'AMS pour la contrainte des paramètres astrophysiques de propagation du rayonnement cosmique.