Measurement of the positron fraction and of the electron and positron fluxes with the AMS-02 experiment and interpretation in terms of dark matter and pulsars

Mesures du flux d'électrons, du flux de positons, et de leur rapport avec l'expérience AMS-02 : interprétation en terme de matière noire et pulsars

Sami Caroff (1)

1 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules

AMS-02 is a magnetic spectrometer design for the cosmic ray and gamma ray detection. The measurement in 2013 of the positron fraction by AMS-02 confirmed the presence of a primary positron component, which means the existence of a galactic primary source of positrons. This thesis is devoted exclusively to the study of this phenomenon. The positron fraction, the positron flux, and the electron flux are measured using a method of multidimensional fit developed during this thesis. The charge confusion phenomenon, which is important at the highest energies, is investigated. The instrumental response function of the detector is evaluated using Monte Carlo simulations and is corrected using the ISS data. A phenomenological work is done to interpret the measured results. The interpretation of these results in terms of primary component from a local pulsar and dark matter halo is done. The implications and the parameter space allowed for each model is detailed. A reevaluation of secondaries with the new AMS-02 data, and the study of the impact of the experimental error of AMS-02 on these results is performed.

AMS-02 est un spectromètre magnétique conçu pour la détection du rayonnement cosmique chargé et des photons gamma. La mesure en 2013 de la fraction de positons par AMS-02 a confirmé la présence d'une composante de positons primaires, nécessitant l'existence d'une source de positons dans notre Galaxie. Cette thèse s'est exclusivement consacrée à l'étude de ce phénomène, et à la recherche de cette source de positons. La fraction de positons, le flux de positons et le flux d'électrons sont mesurés à l'aide d'une méthode de fit multidimensionnel mis au point lors de cette thèse. Une étude particulière est réservé au phénomène de confusion de charge, important pour la mesure du signe de la charge à haute énergie. La fonction de réponse instrumentale du détecteur est évaluée à l'aide de simulations Monte Carlo et est corrigée par les données réelles du détecteur. Un travail phénoménologique est effectué afin d'interpréter les résultats mesurés. L'interprétation de ces résultats en termes de composante primaire issues d'un pulsar local et du halo galactique de matière noire est effectué. Les implications et l'espace des paramètres autorisé pour chacun des modèles est explicité. Une ré-évaluation des secondaires à l'aide des nouvelles données d'AMS-02, ainsi que l'étude de l'impact de l'erreur expérimentale d'AMS-02 sur ces résultats, est exécuté.

Mots clés: Dark matter; Positron; Cosmic rays; Ams; Pulsar; Cosmic ray propagation

Mots clés: Matière noire; Positon; Rayons cosmiques; Ams; Pulsar; Propagation des rayons cosmiques

Domaines: Astrophysique galactique [astro-ph.GA]

Sami Caroff. Mesures du flux d'électrons, du flux de positons, et de leur rapport avec l'expérience AMS-02 : interprétation en terme de matière noire et pulsars. Astrophysique galactique [astro-ph.GA]. Université Grenoble Alpes, 2016. Français. ⟨NNT : 2016GREAY052⟩. ⟨tel-01586243⟩