Propagation des rayons cosmiques dans un modele de diffusion : une nouvelle estimation des parametres de diffusion et du flux d'antiprotons secondaires
Résumé
Dark matter is present at several scales of the universe (galaxies, cluster of galaxies, universe in the whole). This matter plays an important role in cosmology and can not be totally explained by conventional physics. From a particle physics point of view, there exists an extension of the standard model - supersymmetry - which predicts, under certain conditions, the existence of new stable and massive particles, the latter interacting weakly with ordinary matter. Apart from direct detection in accelerators, various indirect astrophysical signatures are possible.
This thesis focuses on one particular signature : the disintegration of these particles could yield antiprotons which should be measurable in cosmic rays. The present study evaluates the backgroung corresponding to this signal i.e. antiprotons produced in the interactions between these cosmic rays and interstellar matter. In particular uncertainties of this background being correlated to the uncertainties of the diffusion parameterm, a major part of this thesis is devoted to nuclei propagation.
The first third of the thesis introduces propagation of cosmic rays in our galaxy, emphasizing on the nuclear reactions responsible for the nuclei fragmentation. In the second third, different models are reviewed, and in particular links between the leaky box model and the diffusion model are recalled ; reacceleration and convection are also discussed. This leads to a qualitative discussion about information that one can infer from propagation of these nuclei. In the last third, we finally present detailed solutions of the bidimensionnal diffusion model, along with constraints obtained on the propagation parameters. The latter are applied to the antiprotons background signal, which concludes the work done in this thesis.
The propagation code for nuclei and antiprotons developped here has proven its ability in data analysis. It will probably be of interest for the analysis of the cosmic ray data which will be taken by the ams experiment on board the International Space Station in 2003.
This thesis focuses on one particular signature : the disintegration of these particles could yield antiprotons which should be measurable in cosmic rays. The present study evaluates the backgroung corresponding to this signal i.e. antiprotons produced in the interactions between these cosmic rays and interstellar matter. In particular uncertainties of this background being correlated to the uncertainties of the diffusion parameterm, a major part of this thesis is devoted to nuclei propagation.
The first third of the thesis introduces propagation of cosmic rays in our galaxy, emphasizing on the nuclear reactions responsible for the nuclei fragmentation. In the second third, different models are reviewed, and in particular links between the leaky box model and the diffusion model are recalled ; reacceleration and convection are also discussed. This leads to a qualitative discussion about information that one can infer from propagation of these nuclei. In the last third, we finally present detailed solutions of the bidimensionnal diffusion model, along with constraints obtained on the propagation parameters. The latter are applied to the antiprotons background signal, which concludes the work done in this thesis.
The propagation code for nuclei and antiprotons developped here has proven its ability in data analysis. It will probably be of interest for the analysis of the cosmic ray data which will be taken by the ams experiment on board the International Space Station in 2003.
La matiere sombre est omnipresente a plusieurs echelles de l'univers (galaxie, amas de galaxies, univers dans son ensemble). Cette matiere joue un role important en cosmologie et ne peut etre totalement expliquee par de la physique conventionnelle. Du point de vue de la physique des particules, il existe une extension du modele standard : le modele supersymetrique qui predit l'existence sous certaines conditions de nouvelles particules stables massives interagissant faiblement avec la matiere ordinaire. Outre la recherche active en detecteurs de ces nouvelles particules, il existe de nombreuses signatures indirectes accessibles aux etudes astrophysiques.
Cette these se concentre sur une de ces signatures la desintegration de ces particules peut donner des antiprotons que nous devrions voir dans les rayons cosmiques. La presente etude s'interesse a l'evaluation du bruit de fond correspondant a ce signal i.e. les antiprotons issus de l'interactions entre ce rayonnement cosmique noyaux et la matiere du milieu interstellaire. En particulier, la meconnaissance de ce bruit de fond etant principalement due aux incertitudes liees aux parametres de diffusion, la majeure partie de cette these porte sur la propagation des noyaux.
Le premier tiers de la these introduit la propagation des rayons cosmiques dans notre galaxie en insistant sur les processus nucleaires responsables de la fragmentation des noyaux. Dans le second tiers les differents modeles de propagation sont passes en revue et en particulier les liens entre le modele du Leaky Box et le modele de diffusion sont rappeles : la reacceleration ainsi que la convection y sont aussi discutees. Ceci donne ensuite lieu a un discussion qualitative sur l'information que nous pouvons extraire de la propagation des noyaux. Dans le dernier tiers, nous presentons finalement les solutions detaillees du modele de diffusion a deux dimensions ainsi que les contraintes obtenues sur les parametres de propagation. L'application de ces parametres au calcul du spectre de fond d'antiprotons secondaires conclut le travail de these.
Le code de propagation realise pour les noyaux et les antiprotons sous la forme decrite dans cette these a fait ses preuves en tant qu'outil d'analyse. Son usage sera sans aucun doute d'une grande utilite pour l'experience AMS sur la station spatiale internationale en 2003.
Cette these se concentre sur une de ces signatures la desintegration de ces particules peut donner des antiprotons que nous devrions voir dans les rayons cosmiques. La presente etude s'interesse a l'evaluation du bruit de fond correspondant a ce signal i.e. les antiprotons issus de l'interactions entre ce rayonnement cosmique noyaux et la matiere du milieu interstellaire. En particulier, la meconnaissance de ce bruit de fond etant principalement due aux incertitudes liees aux parametres de diffusion, la majeure partie de cette these porte sur la propagation des noyaux.
Le premier tiers de la these introduit la propagation des rayons cosmiques dans notre galaxie en insistant sur les processus nucleaires responsables de la fragmentation des noyaux. Dans le second tiers les differents modeles de propagation sont passes en revue et en particulier les liens entre le modele du Leaky Box et le modele de diffusion sont rappeles : la reacceleration ainsi que la convection y sont aussi discutees. Ceci donne ensuite lieu a un discussion qualitative sur l'information que nous pouvons extraire de la propagation des noyaux. Dans le dernier tiers, nous presentons finalement les solutions detaillees du modele de diffusion a deux dimensions ainsi que les contraintes obtenues sur les parametres de propagation. L'application de ces parametres au calcul du spectre de fond d'antiprotons secondaires conclut le travail de these.
Le code de propagation realise pour les noyaux et les antiprotons sous la forme decrite dans cette these a fait ses preuves en tant qu'outil d'analyse. Son usage sera sans aucun doute d'une grande utilite pour l'experience AMS sur la station spatiale internationale en 2003.