Etude de la détection de monopôles magnétiques au sein du futur télescope à neutrinos ANTARES et caractérisation des performances du traitement des impulsions des photomultiplicateurs
Résumé
Grand unified theories (GUT) involve phase transitions in the early universe, that could create topological defects, like magnetic monopoles. Monopoles main characteristics are shown and in particular energy losses and flux limits. High energy neutrino telescopes offer a new opportunity for magnetic monopole search. The study of the photomultiplier pulse treatment by the Antares detector front-end electronics indicates that this one is well adapted to the telescope needs. The pulses detailled analysis has allowed to obtain a time measurement precision lower than 0.6 ns and electronic noise and saturation have no relevant effect on the telescope performances. Relativistic monopoles generate a large amount of light, that leads to an effective area for the Antares detector of about 0.06 km2 for velocities beta_mon = 0.6 and 0.35 km2 for velocities beta_mon ~ 1. Monopole track are well reconstructed and the velocity determination is made with an error lower than few percents, which represents a decisive result for the background rejection, caused by high energy muons with a velocity beta_mu ~ 1. The very dispersive light emission of monopoles below the Tcherenkov limit, 0.6 < beta_mon < 0.74, via the delta-rays produced by ionisation, does not allow an accurate expective signal and the bad reconstructed muons rejection must be improved. Above the Tcherenkov limit, beta_mon > 0.8, bad reconstructed events can be rejected from the Tcherenkov emission parametrisation. A magnetic monopole signal can then clearly be distinguished from background.
Les théories de grande unification (GUT) impliquent des transitions de phase dans l'Univers primordial, qui pourraient donner naissance à des défauts topologiques, parmi lesquels on trouve des monopôles magnétiques. Les principales caractéristiques de ces monopôles sont présentées, notamment leurs pertes d'énergie dans la matière et les limites sur leur flux. Les télescopes à neutrinos de haute énergie offrent une nouvelle opportunité pour leur recherche. L'étude du traitement des impulsions des photomultiplicateurs par l'électronique de lecture du détecteur Antares indique que celle-ci est bien adaptée aux besoins du télescope. L'analyse détaillée des impulsions permet d'obtenir une précision finale sur la mesure temporelle inférieure à 0.6 ns et le bruit électronique et la saturation ont peu d'effet sur les performances du télescope. Les monopôles relativistes émettent une grande quantité de lumière qui conduit à une surface effective de détection pour le télescope Antares allant de 0.06 km2 pour des vitesses beta_mon = 0.6, à 0.35 km2 pour des vitesses beta_mon ~ 1. La trace des monopôles est bien reconstruite et la détermination de leur vitesse est faite avec une erreur inférieure à quelques pourcents, ce qui constitue un élément déterminant pour le rejet du bruit de fond causé par les muons de haute énergie, de vitesse beta_mu ~ 1. L'émission lumineuse très dispersée des monopôles en dessous de la limite Tcherenkov, 0.6 < beta_mon < 0.74, via les delta-électrons d'ionisation, ne permet pas une caractérisation précise du signal attendu et le rejet des muons mal reconstruits doit être amélioré. Au delà de la limite Tcherenkov, beta_mon > 0.8, les muons mal reconstruits peuvent être rejetés grâce à la paramétrisation de l'émission Tcherenkov. Le signal d'un monopôle magnétique se distingue alors clairement du bruit de fond.
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