Phenomenlogy and detection of nuclear cosmic rays
Phénoménologie et détection du rayonnement cosmique nucléaire
Résumé
One century after the discovery of cosmic rays – a flux of energetic charged particles which bombards the upper layers of Earth's atmosphere –, many questions remain still open on its origin, nature and transport. The precise measurement of the cosmic-ray ion flux aims to study the acceleration and propagation processes. In particular, the measurement of secondary-to-primary ratios allows to constrain propagation models very effectively due to its direct dependency to the grammage seen by the particles during their transport. The knowledge and the characterisation of the processes related to the propagation make it possible to reconstruct the cosmic-ray source spectrum and thus to constrain the acceleration processes, but also to test the existence of exotic contributions such as the annihilation of dark-matter particles. This thesis treats two aspects of cosmic-ray physics: the phenomenology and the detection. Concerning the phenomenological aspect, the work presented here consists in evaluating and studying the constraints on galactic cosmic-ray propagation models provided by current measurements using a Markov Chain Monte Carlo. The experimental aspect of this work concerns the participation in the construction, the validation and the data analysis of the CherCam subdetector – a Cherenkov imager measuring the charge of cosmic-ray ions for the CREAM experiment – whose preliminary results are presented.
Un siècle après la découverte du rayonnement cosmique – un flux de particules énergétiques chargées qui bombarde les couches supérieures de l'atmosphère terrestre –, beaucoup de questions restent encore ouvertes sur son origine, sa nature et son transport. La mesure précise du flux des ions du rayonnement cosmique a pour objectif d'étudier les processus d'accélération et de propagation. En particulier la mesure des rapports secondaire sur primaire permet de contraindre très efficacement les modèles de propagation car elle est directement liée au grammage vu par les particules durant leur transport. La connaissance et la caractérisation des processus liés à la propagation permet de reconstruire le spectre source du rayonnement cosmique et donc de contraindre les processus d'accélération, mais aussi de tester l'existence dans le rayonnement cosmique de contributions exotiques comme l'annihilation de particules de matière noire. Cette thèse traite deux aspects de la physique du rayonnement cosmique: la phénoménologie et la détection. Concernant l'aspect phénoménologique, le travail présenté consiste à évaluer et à étudier les contraintes que les mesures actuelles permettent d'apporter sur les modèles de propagation du rayonnement dans la Galaxie à l'aide d'un Monte Carlo par chaînes de Markov. L'aspect expérimental de ce travail porte sur la participation à la construction, la validation et l'analyse des données du sous-détecteur CherCam – un imageur Cherenkov mesurant la charge des ions du rayonnement cosmique pour l'expérience CREAM –, dont les résultats préliminaires sont présentés.
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