Direction fixe

L’´echantillon d’´ev´enements montants provenant d’une direction fixe a ´et´e simul´e pour une gamme d’´energie comprise entre 100 GeV et 1 PeV suivant un spectre d’indice spectral -2.35 (indice r´ealiste pour une source astrophysique telle qu’un sursaut gamma dont le spectre a ´et´e d´ecrit dans le chapitre 4). L’´emission issue de cette source ponctuelle a ´et´e g´en´er´ee pour des angles d´efinis dans le rep`ere local ´egaux `a 60o pour l’angle z´enithal et `a 0o pour l’angle azimutal.

Rappelons que les logiques de s´election ´etudi´ees au niveau L1 sont 1 T3 (2 L1), 2 T3 (3 ou 4 L1), 3D Scan (5 L1) et 1D (4 L1). La seule logique qui peut ˆetre ´etudi´ee au niveau inf´erieur L0 est la s´election 1D avec 6 L0.

Efficacit´e

Une comparaison des efficacit´es des diff´erentes logiques de d´eclenchement ´etudi´ees est pr´esent´ee sur la figure 5.8. Elle repr´esente la comparaison des efficacit´es de s´election des ´ev´enements pour les logiques 1D avec 6 L0 et avec 4 L1 avec les logiques 1 T3, 2 T3 et 3N. Les angles z´enithaux et azimutaux choisis dans cette ´etude ont la mˆeme valeur que ceux qui ont ´et´e simul´es soit respectivement 60o et 0o.

D´etaillons la figure 5.8. La meilleure efficacit´e, de l’ordre de 80 % sur toute la gamme ´energ´etique, est visible pour la logique 1D (6L0) dans la bonne direction en z´enith. Une tr`es bonne efficacit´e, de 70 %, apparaˆıt ´egalement pour la logique de d´eclenchement 1 T3. Cette efficacit´e est l´eg´er`erement plus faible (65 %) pour les basses ´energies : entre 100 GeV et 1 TeV. Cependant, les logiques de d´eclenchement 1T3 et 1D (dans la bonne

direction) pr´esentent un avantage du fait de leur efficacit´e quasi-constante en ´energie : un gain significatif en ressort pour les basses ´energies en comparaison des autres logiques. Remarquons toutefois que l’´energie des neutrinos attendus des sursauts gamma est de l’ordre de 100 TeV dans le mod`ele de la boule de feu (chapitre 4). Pour les logiques de s´election 2 T3 et 3N, les efficacit´es sont nettement inf´erieures et variables en ´energie : l’efficacit´e de la s´election 2 T3 croˆıt de 25 % pour les basses ´energies `a 60 % pour 1 PeV alors que l’efficacit´e de la logique de d´eclenchement 3N varie entre 10 % `a 100 GeV et 50 % `a 1 PeV.

Fig.5.8 – Comparaisons des efficacit´es des logiques de d´eclenchement 1D avec 6L0 (4L1), 1T3, 2T3 et 3N sur un ´echantillon d’´ev´enements simul´es dans une direction fixe (θ = 60o

et φ = 0o). La bonne direction est choisie comme direction d’application de la logique 1D pour les courbes noire et rouge.

L’efficacit´e de la s´election de type 1D est maintenant variable en ´energie car elle est appliqu´ee au niveau L1. Elle est toujours inf´erieure `a l’efficacit´e de la logique de d´eclenchement 2 T3 et ´equivaut `a celle de la s´election 3N.

En termes d’efficacit´e, la logique de d´eclenchement la plus int´eressante est la logique 1D avec 6 L0 si l’angle z´enithal est bien connu. Suit la s´election 1 T3. Les logiques 2 T3, 1D avec 4 L1 et enfin 3N viennent apr`es.

Directionnalit´e

Un effet de directionnalit´e a ´et´e introduit dans le paragraphe pr´ec´edent. Il va ˆetre d´evelopp´e ici. La figure 5.9 pr´esente une comparaison pour la logique de d´eclenchement 1D (6 L0) dans diff´erentes directions : avec des angles z´enithaux variant de 0oet 90opar pas de

5.4. ETUDES DES CONDITIONS DE D ´ECLENCHEMENT 175 30o (en couleur) et des angles azimutaux de 0o (en trait plein) et 180o (en pointill´es) pour chaque angle z´enithal. La meilleure efficacit´e (80 %) apparaˆıt dans la bonne direction, en bleu, c’est-`a-dire la direction simul´ee. Une bonne efficacit´e, de l’ordre de 70 % sur toute la gamme ´energ´etique, est ´egalement visible pour un angle z´enithal inf´erieur de 30o `a l’angle z´enithal simul´e (courbe rouge). Ceci n’est pas notable pour un angle z´enithal sup´erieur de 30o (courbe verte) `a l’angle z´enithal simul´e. Ceci provient probablement du fait d’une inefficacit´e dans les directions horizontales (introduite au paragraphe 5.4.1). Les efficacit´es des autres directions sont plus basses. Elles n’atteignent pas 60 % pour les basses ´energies mais croissent avec l’´energie pour parvenir `a une efficacit´e allant de 50 `a 70 % `a 1 PeV. Cette ´etude comparative confirme la directionnalit´e en z´enith de la logique de s´election 1D par une diff´erence d’efficacit´e exc`edant toujours 10 % (diff´erence minimale atteinte `a haute ´energie).

Concernant l’azimut, un effet similaire est encore plus remarquable. La figure 5.10 pr´esente une comparaison des efficacit´es de s´election 1D suivant le bon angle z´enithal (60o) et avec un angle azimutal variable : 0o, 90o et 180o. Une meilleure efficacit´e est nettement visible dans la bonne direction d’azimut nul (courbe noire) alors que, dans les deux autres cas, l’efficacit´e est plus basse et croˆıt avec l’´energie. La logique de d´eclenchement 1D (dans la bonne direction) pr´esente un avantage du fait de son efficacit´e quasi-constante en ´energie : un gain significatif en ressort pour les basses ´energies en comparaison des autres logiques. La diff´erence d’efficacit´e entre la bonne direction et une autre exc`ede toujours 10 % (diff´erence la plus faible atteinte pour 1 PeV).

La directionnalit´e de la s´election 1D en comparaison de la logique 1 T3 est manifeste en trois dimensions comme le repr´esente la figure5.11. Un maximum d’efficacit´e dans une direction particuli`ere (celle appliqu´ee en contrainte) est nettement visible sur la figure du bas qui correspond `a la logique de d´eclenchement 1D alors que plusieurs maxima apparaissent dans le cas de la s´election T3 (figure du haut).

La directionnalit´e de la s´election 1D est clairement valid´ee aussi bien en z´enith qu’en azimut. En effet, la diff´erence minimale d’efficacit´e de l’ordre de 10% est atteinte pour une ´energie de l’ordre du PeV. Mais cette diff´erence augmente pour les ´energies plus basses de mani`ere `a ce qu’elle exc´ede toujours 10 % entre la bonne direction et une direction quelconque d’o`u le caract`ere directionnel de la s´election 1D.

D´ependance en bruit de fond optique

La m´ethode d’ajout du bruit de fond a ´et´e expliqu´ee dans le paragraphe sur les crit`eres de s´election.

La courbe d’´evolution des co¨ıncidences fortuites en fonction du bruit de fond optique est pr´esent´ee sur la figure 5.12 pour les logiques de d´eclenchement 1D (niveau L0), 1D (niveau L1), 3N, 1T3 et 2T3. Pour la logique 1D au niveau L0, cette d´ependance apparaˆıt ´evidente du fait de l’application de la logique de d´eclenchement au niveau L0 qui ne requiert aucune co¨ıncidence locale. Ceci sera d’autant plus visible sur les donn´ees du fait de l’activit´e bioluminescente. La courbe correspondant `a la s´election 1D au niveau L0 permet d’´ecarter d´efinitivement l’application de cette logique pour les donn´ees prises avec

(a) Comparaison des efficacit´es de la logique de d´eclenchement 1D avec 6L0

(b) Comparaison des efficacit´es des logiques de d´eclenchement 1D avec 4L1

Fig. 5.9 – Comparaisons des efficacit´es des logiques de d´eclenchement 1D avec 6L0 (4L1) dans diff´erentes directions sur un ´echantillon d’´ev´enements simul´es dans une direction fixe (θ = 60^o et φ = 0^o). La bonne direction est pr´esent´ee en trait plein bleu.

5.4. ETUDES DES CONDITIONS DE D ´ECLENCHEMENT 177

(a) Comparaison des efficacit´es de la logique de d´eclenchement 1D avec 6L0 log E(GeV) 1 2 3 4 5 6 7 efficiency 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 = 0 Φ /2 π = Φ π = Φ

(b) Comparaison des efficacit´es des logiques de d´eclenchement 1D avec 4L1

Fig.5.10 – Comparaisons des efficacit´es des logiques de d´eclenchement 1D avec 6L0 (4L1) dans diff´erentes directions (angle azimutal variable et angle z´enithal fix´e `a celui simul´e) sur un ´echantillon d’´ev´enements simul´es dans une direction fixe (θ = 60^o et φ = 0^o)

0^0.1 0.2^0.3 0.4^0.5 0.6^0.7 0.8^0.9 1 -150 -100 -50 0 50 100 150 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 pEffCostPhi Entries 12138 Mean x 0.499 Mean y -0.3097 RMS x 0.2816 RMS y 103.9 pEffCostPhi Entries 12138 Mean x 0.499 Mean y -0.3097 RMS x 0.2816 RMS y 103.9 pEffCostPhi

(a) Efficacit´e de s´election de la logique 1T3

0^0.1 0.2^0.3 0.4^0.5 0.6^0.7 0.8^0.9 1 -150 -100 -50 0 50 100 150 0.3 0.4 0.5 0.6^0.7 0.8 0.9 pEffCostPhi Entries 12138 Mean x 0.499 Mean y -0.3097 RMS x 0.2816 RMS y 103.9 pEffCostPhi Entries 12138 Mean x 0.499 Mean y -0.3097 RMS x 0.2816 RMS y 103.9 pEffCostPhi

(b) Efficacit´e de s´election de la logique 1D

Fig. 5.11 – Efficacit´es de s´election des logiques 1T3 et 1D. Ces courbes illustrent la directionnalit´e de la logique de d´eclenchement 1D appliqu´ee dans la direction θ = 60o et φ = 0o sur un ´echantillon d’´ev´enements issus de toutes les directions (distribution plate en cos θ) en comparaison de la logique de s´election 1T3.

5.4. ETUDES DES CONDITIONS DE D ´ECLENCHEMENT 179 cinq lignes. En effet, le taux d’´ev´enements s´electionn´es explose avec le bruit de fond pour atteindre une valeur sup´erieure `a 100 kHz pour un bruit de fond optique (bioluminescence et potassium 40) en moyenne de 150 kHz. Or, cette valeur de bruit moyenne ou ”mean rate” est parfois atteinte. L’´echelle des courbes ´etant logarithmique, nous voyons que le taux de co¨ıncidences induites par du bruit de fond optique pour les logiques qui requi`erent des co¨ıncidences locales (L1) est nettement plus faible. Ceci est d’autant plus visible que le nombre de L1 demand´es est grand, par exemple pour la logique 3N. Cette courbe ajout´ee aux r´esultats pr´ec´edents d’efficacit´e permet de justifier l’utilisation pour les donn´ees de la s´election 1T3, dont l’efficacit´e de s´election est importante et le taux de co¨ıncidences fortuites plus faible que pour la logique 1D sur L0, ceci au d´etriment de la directionnalit´e de la logique de d´eclenchement.

Mean Rate (kHz)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Taux de coinc. log(Hz)

-2 -1 0 1 2 3 4