Étude du temps de montée du pulse principal

Comme nous l’avons vu précédemment, la sélection des évènements inclus dans le pic de coïnci-dence contient toujours environ 45% de coïncicoïnci-dences fortuites qui doivent être supprimées. Dans cette

4.2 - Coïncidences en déclenchement externe 119 optique, on étudie le comportement du temps de montée du pulse principal sur les données AERA afin de voir si la méthode de sélection basée sur ce paramètre (présentée au chapitre 3) est efficace sur les stations AERA-I qui sont différentes de celles utilisées pour RAuger ou CODALEMA, à la fois concernant l’électronique et l’antenne.

Pour cela, deux lots de temps de montée ont été comparés, d’une part ceux obtenus pour les traces des 12687 évènements en déclenchement externe avec |tSD

mes− tAERA

trigger| < 100 µs, d’autre part les temps

de montée des traces incluses dans le pic de coïncidence.

Pour RAuger, voir le chapitre 3, le signal était filtré dans la bande de 30-60 MHz et la fenêtre utilisée pour le calcul du temps de montée était statique : 250 ns entre 1000 ns et 1250 ns pour une durée totale de la trace égale à 2560 ns. En effet, la position du déclenchement dans la trace pour RAuger est toujours située au même bin temporel. De plus les coupures sur le temps de montée des données RAuger ne sont appliquées que sur la voie EO pour laquelle le signal est plus important (en raison de l’effet géomagnétique). Le temps de montée était défini comme le temps nécessaire pour passer de 10% à 70% du maximum de la cumulative, ces limites étaient celles qui permettaient la meilleure discrimination entre évènements gerbe et évènements bruit de fond. Cette méthode a été adaptée et optimisée pour les données AERA :

– les coupures sur le temps de montée sont appliquées sur les deux voies, EO et NS. Compte tenu du nombre important de stations AERA, l’appliquer la méthode exclusivement en EO conduirait à manquer un nombre relativement important d’évènements.

– la fenêtre de calcul de la fonction cumulative est désormais optimisée, elle est dynamique et centrée sur la position du maximum de signal.

Pour les traces vérifiant |tSD

mes − t^AERA_trigger| ≤ 100 µs, un balayage est réalisé afin de trouver le

maximum du signal filtré sur chaque voie. Notons que la longueur des traces diffère selon le mode de déclenchement de la station : 56, 9 µs pour le déclenchement externe et 28 µs pour le déclenchement autonome. Le temps de montée est calculé dans une fenêtre de ± 100 bins (555,6 ns) centrée sur la position du maximum du signal. Dans cette fenêtre, le carré du signal filtré est sommé bin après bin afin de construire une fonction cumulative normalisée. Le temps de montée est alors défini comme étant le temps nécessaire pour passer de 20% à 60% du maximum de la cumulative. Ces différentes étapes sont illustrées dans la figure 4.4.

Les limites de calcul du temps de montée (de 20% à 60%) ont été optimisées pour les stations AERA-I équipées de LPDA et de numériseurs KAERA-IT/BUW et sont donc différentes de celles obtenues pour RAuger ou CODALEMA. Ceci est dû aux différences existant entre les deux types de stations : antenne, électronique ...

Un exemple de fonctions cumulatives obtenues pour les données AERA est montré dans la fi-gure 4.5. Le traitement des données décrit plus haut a été, pour cette fifi-gure, appliqué sur un fichier de données du run test : ad100198.f0024. Ce fichier contient plus de 800 traces en déclenchement externe pour lesquelles |tSD

mes− t^AERA_trigger| ≤ 100 µs (en noir) et un candidat gerbe (en rouge) dont l’ID est 70539.

Quatre traces EO de cet évènement sont incluses dans le pic de coïncidence, on peut voir que les temps de montée associés à ces traces sont plus courts que ceux obtenus pour les autres traces du fichier de données. Les temps de montée de ces quatre traces sélectionnées sont inférieurs à 166,7 ns, alors que la moyenne des temps de montée calculée sur les 800 traces en déclenchement externe du fichier est de 327,8 ns.

Détermination des paramètres de calcul du temps de montée. Plusieurs intervalles de fré-quence pour le filtrage et limites de calcul du temps de montée ont été testés afin de trouver la

120 Chapitre 4 - Sélection des coïncidences entre AERA et le SD

Fig.4.4 – En haut à gauche : trace filtrée dans la bande 30-60 MHz, le maximum du pulse est indiqué par la ligne rouge et la fenêtre d’environ 1, 1 µs utilisée pour le calcul du temps de montée et centrée sur le maximum du signal est indiquée par les lignes pointillées vertes. En haut à droite : zoom sur la partie du signal incluse dans la fenêtre de calcul du temps de montée. En bas à gauche : carré du signal filtré dans la fenêtre de calcul du temps de montée. En bas à droite : fonction cumulative normalisée, le temps de montée est défini par le temps nécessaire pour passer de 20% à 60% (en vert) du maximum de la cumulative. Pour cet exemple, le temps de monté est de 50 ns.

combinaison qui optimise la discrimination entre candidats gerbe et bruit de fond. La fenêtre signal est quant à elle maintenue assez large (≃ 1 µs) afin de conserver un nombre de bins suffisant pour une construction précise de la fonction cumulative.

En filtrant le signal dans la bande 30-60 MHz, on maximise le nombre d’évènements sélectionnés tout en minimisant la distance angulaire entre les directions d’arrivée reconstruites par le SD et AERA. Une discussion concernant l’utilisation de différentes stratégies de filtrage est présentée à la section 4.2.3.

Les limites utilisées pour le calcul du temps de montée sont fixées en observant le comportement de plusieurs lots de fonctions cumulatives, notamment en comparant le comportement des cumula-tives obtenues pour les candidats gerbe à celui des traces non sélectionnées comme montré dans la figure 4.5. Le choix de ces limites se porte sur la portion de la cumulative qui minimise la dispersion des cumulatives obtenues à partir des candidats gerbe. Pour AERA la portion correspondante se situe entre 20% et 60% du maximum de la cumulative. Une dispersion plus élevée est en effet observée dans

4.2 - Coïncidences en déclenchement externe 121

Fig. 4.5 – Exemple de fonctions cumulatives obtenues pour un fichier de données du run test (ad100198.f0024) : en noir plus de 800 traces en déclenchement externe pour lesquelles |tSD

mes −

t^AERA_trigger| ≤ 100 µs, en rouge un candidat gerbe (ID 70539) détecté par quatre stations. Les limites de

calcul du temps de montée sont indiquées en vert.

la figure 4.5 pour la cumulative de notre candidat gerbe 70539 sous 20% et au dessus de 60% de son maximum.

Comme nous l’avons déjà observé pour RAuger et CODALEMA, le temps de montée obtenu à partir d’évènements gerbe est beaucoup plus court que celui obtenu à partir d’évènements bruit de fond. Le résultat obtenu à partir des données AERA est présenté dans la figure 4.6.

On observe dans cette figure que les distributions des temps de montée des candidats gerbe et bruit de fond présentent des comportements différents avec des distributions bien distinctes mais présentant tout de même une zone de recouvrement. Il est donc possible d’appliquer une coupure permettant de discriminer ces deux populations. L’idée de cette coupure est de supprimer les traces candidates vues en coïncidence temporelle accidentelle entre les deux réseaux, pour lesquelles les temps de montée sont élevés. Dans cette optique, la coupure est fixée à 222 ns à l’intersection des deux distributions afin de minimiser la réjection de candidats gerbe. Un évènement est sélectionné si au moins trois de ses stations ont un temps de montée inférieur à 222 ns ou si 2/3 de ses stations ont un temps de montée inférieur à 222 ns. Cette dernière condition a été introduite afin de permettre la sélection d’évènements avec une faible multiplicité de traces présentes dans le pic de coïncidence. En effet certains évènements, dont seulement 3 stations étaient incluses dans le pic, étaient rejetés car une des trois traces était de qualité médiocre et ne passait pas la coupure de 222 ns sur le temps de montée. Néanmoins la recons-truction de la direction d’arrivée à partir de ces traces était tout de même en bon accord avec celle obtenue à partir du SD. Avec ces coupures, 80% des traces de l’échantillon des candidats gerbe sont sélectionnées contre seulement 10% de l’échantillon global.

122 Chapitre 4 - Sélection des coïncidences entre AERA et le SD

Fig. 4.6 – À gauche : distributions normalisées des temps de montée pour les candidats gerbe (en rouge) et pour toutes les traces en déclenchement externe du run test pour lesquelles on a |tSD

mes − tAERA

trigger| ≤ 100 µs (en noir). À droite : fraction de traces en fonction du temps de

montée pour les deux lots de données : 80% des évènements sélectionnés ont un temps de montée inférieur à 222 ns correspondant à 10% du lot global de traces en déclenchement externe avec

|tSD

mes− tAERA

trigger| ≤ 100 µs.