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Autres effets impactant l’estimation des efficacités et des contaminations

Dans le cas de la contamination, ces erreurs sont utilisées telles quelles cependant dans le cas de

l’efficacité elles sont utilisée pour effectuer l’ajustement de la droite qui servira d’estimateur de

l’effi-cacité. Les erreurs sur les paramètres de l’ajustement nous permettent de définir la variance – et donc

l’erreur – sur l’estimateurˆϵde l’efficacité. L’ajustement de l’efficacité étant du typeˆϵ=a log(E) +b

(oùaetbsont les paramètres) la variance s’exprime :

V ar(ˆϵ) =V ar(a)log(E)

2

+V ar(b) + 2Cov(a, b) log(E),

oùV ar(a),V ar(b)etCov(a, b)sont donnés par la routine de minimisation.

8.2.4 Autres effets impactant l’estimation des efficacités et des contaminations

8.2.4.1 Impact de la fragmentation

La fragmentation peut-elle biaiser l’estimation des efficacités ? La réponse dépend de l’agencement

des sous-détecteurs et de leurs grammages. La probabilité de fragmentation dépend de la quantité de

matière traversée par la particule incidente. Dans CREAM-III, la fragmentation est particulièrement

probable dans le TCD, le CD et dans les photo-multiplicateurs de CherCam. Si la fragmentation se

produit au-dessus de CherCam, la particule a bien la même charge lors de sa traversée des trois

sous-détecteurs et tout se passe comme s’il n’y avait pas eu de fragmentation et l’efficacité est calculée

correctement. Si la particule fragmente dans les photo-multiplicateurs de CherCam, elle a une charge

différente lors de sa traversée de l’aérogel et des plans de SCD. Elle ne sera tout simplement pas

sélectionnée pour faire partie de l’échantillon et une fois encore le calcul de l’efficacité n’est pas

biaisé. Puisque la fragmentation est très improbable dans les deux plans de SCD du fait de leur faible

grammage, celle-ci n’a pas d’effet

3 4

.

3. Si le grammage du Top SCD avait été plus important, un scénario supplémentaire biaisant le calcul de l’efficacité

aurait été possible. En effet, si une particuleifragmente en une particulejdans le Top SCD, sa mesure est cohérente dans

CherCam et le Top SCD et elle est incluse dans l’échantillon de particulei. La distribution des chargesireconstruites

par le Bottom SCD inclut donc des particulesj. On peut aussi observer un effet similaire dans la distribution des charges

reconstruites dans CherCam et sélectionnées avec les SCD.

4. Ce paragraphe a pour sujet l’impact de la fragmentation sur sur l’estimation des efficacité mais ce n’est pas la seule

conséquence de la fragmentation. Dans la section 9.3 nous verrons que la fragmentation qui survient de la traversée de

l’atmosphère ainsi que de la partie supérieure du détecteur biaise aussi le nombre d’évènements de chaque espèce que l’on

dénombre. On corrigera alors de cette deuxième conséquence.

8.2 Estimation des efficacités et des contaminations des espèces B, C, N et O avec les données de

vol

8.2.4.2 Non indépendance des mesures de charge des SCDs pour p, He

Dans ce qui précède, nous avons mis en place une procédure de calcul des efficacités et des

conta-minations à partir des données de vol. Une condition nécessaire pour que cette procédure soit correcte

est que les mesures de charge des trois sous-détecteurs soient indépendantes. La figure 8.3 de gauche

est un zoom de la distribution des charges mesurées par les deux plans de SCD entre 0 et 5 unités

de charge (zoom de la figure 7.2). Outre les deux pics qui sont dus aux protons et aux héliums, on

observe une longue traînée sur la diagonale. Dans le cas de mesures indépendantes, cette diagonale

n’a pas lieu d’être. La distribution attendue simplifiée est représentée sur la figure 8.3 de droite en

prenant un rapport d’abondance proton/hélium proche du rapport réel, ainsi que des distributions de

charge qui suivent une distribution de Landau. En comparant les deux distributions, on s’aperçoit que

la distribution réelle est la somme de la distribution théorique et de cette composante diagonale qui

est discutée dans la section 9.1.

FIGURE8.3 – À gauche : distribution des charges mesurées par le Bottom et le Top SCD. À droite :

distribution théorique attendue dans le cas où les mesures de charge des deux détecteurs sont

indé-pendantes et suivent une loi de Landau.

Cette corrélation a deux conséquences majeures (que nous allons étudier par la suite) :

– Si elle n’affecte pas la validité du calcul des contaminations pour les espèces C, N, O primaires,

elle restreint le domaine de validité aux basses énergies pour le bore, espèce secondaire. Alors que

dans la matrice de contamination finale (Cf. eq 8.3) la contamination des bores par les protons

(resp. les héliums) paraît extrêmement faible (4.73 10

−6

(resp.2.13 10

−5

)), elle semble à vu d’oeil

plus importante sur la figure 8.3. La spécificité de la contamination d’un secondaire par un

pri-maire est que la contamination croît comme le rapport des abondances des éléments. Puisque les

flux des secondaires et des primaires suivent des lois de puissance d’indices différents, le rapport

des abondances – et donc la contamination – croissent aussi en loi de puissance. La contamination

peut donc devenir critique à haute énergie. La figure de gauche de 8.4 représente la distribution

bi-dimensionnelle des mesures de charge mais, cette fois-ci, divisée en deux domaines d’énergie

reconstruite et avec une coupure en énergie (E

cut

= 300 GeV) qui permet d’avoir une statistique

similaire dans les deux distributions. Tout d’abord, on constate que la traînée des protons et des

héliums est bien plus importante à haute énergie qu’à basse énergie. Ceci nous indique que la

vol

contamination est plus importante à haute énergie. Même dans les bins de haute énergie, le pic de

carbone apparaît distinctement contrairement au pic du bore noyé sous la contamination. La

conta-mination des carbones par les protons et les héliums semble donc être assez faible contrairement à

celle des bores. De plus, le problème principal des bores est leur abondance qui diminue beaucoup

plus rapidement que celle des protons et pour lesquels une contamination de1% à 100 GeV se

transforme en une contamination de∼10%à 100 TeV.

– La procédure pour le calcul des efficacités n’est pas utilisable telle quelle pour p et He.

Mathémati-quement nous avons vu que l’indépendance des mesures était nécessaire pour séparer les intégrales

de l’équation 8.1. D’un point de vue plus physique, cela s’explique par le fait que si les mesures sont

corrélées, l’échantillon pur que l’on tente de créer (par exemple avec la condition|Z

top

−2|<0.5)

ne contiendra pas les évènements qui sont dans la diagonale, mais ceux qui sont dans un ruban

horizontal centré surZ

top

= 2sur la figure 8.3. Ces évènements ne sont donc pas représentatifs

des évènements de la diagonale qui posent problème. Les efficacités d’identification des protons et

des héliums ne peuvent donc pas être calculées avec la procédure mise en place. Dans la section

suivante, on mettra en place une nouvelle procédure pour le calcul de ces efficacités.

Le problème de la contamination du bore par les protons et les héliums est plus difficile à résoudre

que le calcul des efficacités des protons et des héliums pour plusieurs raisons. D’abord les données

simulées sont insuffisantes pour pouvoir estimer correctement cette contamination. Enfin, en plus du

rapport d’abondance, c’est le processus lui-même qui semble devenir plus important à haute énergie.

On peut s’en convaincre en observant les figures 8.4 où la corrélation est beaucoup plus importante sur

la distribution à haute énergie (figure de droite). Nous verrons, dans la section 9.1, que pour résoudre

ce problème, une nouvelle coupure sera nécessaire pour s’affranchir de cette contamination. On

es-timera l’efficacité de cette nouvelle coupure, qu’il faudra corriger indépendamment de la coupure de

coïncidence.

FIGURE8.4 – Distribution des charges mesurées par les deux plans de SCD pour les évènements de