Search for populations of unresolved sources of high energy neutrinos with the ANTARES neutrino telescope
Description
Astroparticle physics is a branch of physics related to the study of the most violent astrophysical phenomena in the Universe such as Active Galactic Nuclei (AGN) or Gamma Ray Bursts (GRB), which emit different cosmic messengers such as neutrinos, gravitational waves, electromagnetic radiation and charged particles. A proper understanding of these objects involves then a multi-messenger approach, in which neutrinos play a fundamental role. Thanks to their physical properties, neutrinos allow us to explore the physical phenomena produced in the densest astrophysical environments and to observe the Universe at large distances. This thesis is divided into three main parts. The first part is composed by three chapters dedicated to the scientific context in which the rest of the thesis is developed. In the first chapter, the scientific motivations for the search of high energy cosmic neutrinos are described. In chapter 2, a description of the main properties of AGN are given. These sources have been chosen as 'test' objects in the research of potential neutrino sources. Finally, the third chapter is dedicated to the detection principle and main results of the currently operating neutrino telescopes. The second part of the thesis is dedicated to the technical description of the ANTARES neutrino telescope, and is composed of two chapters. Chapter 4 describes the ANTARES telescope, the data acquisition and the data selection. In the last part of this chapter, the work made to measure the efficiency loss of the photomultipliers (PMTs) by using the baseline rates is described. Chapter 5 is dedicated to the Monte Carlo simulations. The different simulation packages used by the ANTARES collaboration are presented, and the different simulated processes are described. A contribution to the official package for the generation of neutrino interactions, relative to the implementation of the propagation and decay of the tau leptons, is described. The third part is dedicated to the search of potential cosmic signals in the events recorded by ANTARES. It comprises four chapters. Chapter 6 is a description of the signal search method, chapter 7 presents the principles of an analysis based on a 2 point correlation function that will be applied in chapter 9 with the purpose of searching for an excess of cosmic neutrinos characterized by an expected spatial distribution which is different from that of atmospheric neutrinos. This method is well suited for the detection of the collective effect produced by populations of weak point-like sources. Chapter 8 describes the simulation of the neutrino flux emitted by AGN. By using the luminosity function for different AGN classes obtained from X-ray observations, and the ANTARES acceptance, neutrinos coming from AGN populations are simulated as a function of two parameters which are related to the number of sources in the population, and to their luminosities. The analysis of these populations with the 2 point correlation function is detailed in chapter 9. (author)
Abstract (French)
La physique des astroparticules est un domaine de la physique lie a l'etude des phenomenes astrophysiques les plus violents de l'univers comme les trous noirs dans les galaxies actives (AGN) ou les sursauts de rayons gamma (GRB), qui emettent plusieurs messagers cosmiques comme des neutrinos, des ondes gravitationnelles, des rayonnements electromagnetiques et des particules chargees. Pour mieux comprendre ces objets une approche multi-messagers est mise en place au sein de laquelle, l'observation de neutrinos cosmiques est devenue un enjeu majeur. Grace a ses caracteristiques physiques, les neutrinos permettent d'ouvrir une nouvelle fenetre d'observation sur l'univers lointain et de mieux comprendre les phenomenes physiques qui se produisent dans les environnements astrophysiques les plus denses. Cette these comporte trois grandes parties. La premiere partie est composee par trois chapitres consacres au contexte scientifique dans lequel se developpe le reste de la these. Dans le premier chapitre sont decrites les motivations scientifiques de la recherche de neutrinos cosmiques de haute energie. Puis, dans le chapitre 2 sont decrites les caracteristiques principales des noyaux actifs de galaxie (AGN) comme sources potentielles de neutrinos. Ces sources ont ete choisies comme objets 'test' dans la recherche de sources potentielles. Enfin, le troisieme chapitre est consacre au principe de detection et aux principaux resultats des telescopes a neutrinos en operation. La deuxieme partie de la these est consacree a la description technique du telescope a neutrinos ANTARES, et est composee de deux chapitres. Le chapitre 4 decrit le telescope ANTARES, l'acquisition et la selection des donnees. Dans la derniere partie de ce chapitre, le travail effectue pour mesurer la perte d'efficacite des phpotomultiplicateurs (PMTs) en utilisant la ligne de base des taux de comptage des signaux est decrite. Le chapitre 5 est consacre a la simulation Monte Carlo. Les differents programmes de simulation utilises par la collaboration ANTARES sont presentes, et les differents processus simules sont decrits. Une contribution au programme officiel de generation des evenements est decrite, relative a l'implementation de la propagation des taus ainsi que l'ajout dans la simulation de 15 canaux de decroissance. La troisieme partie est consacree a la recherche de signaux cosmiques potentiels dans les evenements enregistres par ANTARES. Elle comporte 4 chapitres. Le chapitre 6 est une description de la methode de recherche de signal, le chapitre 7 est dedie presente les principes d'une analyse fondee sur une fonction de correlation a 2 points qui sera effectuee dans le chapitre 9 afin de chercher un eventuel exces de neutrinos cosmiques dont la distribution spatiale attendue est differente de celle des neutrinos atmospheriques. Cette methode est particulierement adaptee pour detecter l'effet collectif produit par des populations de sources ponctuelles faibles. Le chapitre 8 decrit la simulation du flux de neutrinos emis par des sources de type AGN. En utilisant la fonction de luminosite pour plusieurs classes d'AGN obtenu a partir d'observations en rayonnement X de ces objets et l'acceptance d'ANTARES, un ensemble de simulations de neutrinos provenants de populations d'AGN est obtenu en fonction de deux parametres lies au nombre d'AGN dans la population et a leurs luminosites. L'analyse de ces evenements avec la fonction de correlation a deux points est detaillee dans le chapitre 9. (auteur)
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Restricted
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Additional details
Additional titles
- Original title (English)
- Recherche d'une population de sources non resolues de neutrinos de haute energie avec ANTARES
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 205 p.
- Report number
- FRNC-TH--11470
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 52024787
- Subject category
- S79: ASTROPHYSICS, COSMOLOGY AND ASTRONOMY; S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ASTRONOMY; CALIBRATION; COMPUTERIZED SIMULATION; COSMIC NEUTRINOS; COSMIC NUCLEI; DATA ANALYSIS; NEUTRINO DETECTION; NEUTRINO DETECTORS; PHOTOMULTIPLIERS
- Descriptors DEC
- COSMIC RADIATION; DATA PROCESSING; DETECTION; ELEMENTARY PARTICLES; FERMIONS; IONIZING RADIATIONS; LEPTONS; MASSLESS PARTICLES; MEASURING INSTRUMENTS; NEUTRINOS; NUCLEI; PHOTOTUBES; PRIMARY COSMIC RADIATION; PROCESSING; RADIATION DETECTION; RADIATION DETECTORS; RADIATIONS; SIMULATION
Optional Information
- Notes
- 101 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses