Chapitre 4 -‐ La sélection et la reconstruction des événements
4.2 Le nouveau système de déclenchement T3
4.2.2 L’efficacité de sélection
L’efficacité de sélection est définie comme le rapport du nombre d’événements qui passent avec succès les critères de sélection sur le nombre d’événements totaux générés. Mais cette définition dépend fortement de la référence prise pour le calcul, ou, en d’autres termes, de la normalisation utilisée. Dans toute la suite du chapitre, sauf si précision contraire, tous les calculs d’efficacité se feront pour tous les événements ayant des hits sur au minimum 6 étages et 2 lignes différentes. Les six étages demandés permettent de contraindre les algorithmes de reconstruction basés sur cinq inconnues, et les deux lignes exigées permettent de lever la dégénérescence sur l’azimut de l’événement reconstruit, condition nécessaire pour toutes les analyses de sources ponctuelles. Finalement, l’efficacité de sélection est définie comme :
L H générés L H triggés s
N
N
2 , 6 2 , 6=
ε
(4.11)Les efficacités de sélection [268] sont ainsi déterminées pour chaque logique de déclenchement étudiée ci-dessus, pour un flux de neutrinos atmosphériques, un flux de neutrinos typique d’une source astrophysique et pour les muons atmosphériques. Ces efficacités peuvent aussi s’écrire comme :
dE E dE E E S ) ( ) ( ) (
φ
ε
φ
ε
∫ ∫ = (4.12)4.2 Le nouveau système de déclenchement T3 87 où
φ(E)
est le flux de neutrinos considéré etε(E)
est l’efficacité de sélection exprimée en fonction de l’énergie des neutrinos, telle qu’illustrée sur la Figure 4.8. Le détecteur considéré est un détecteur 12 lignes28, le seuil haut pour la définition des hits L1 est fixé à 3 pe et le bruit de fond est nul. On peut d’ores et déjà noter que les logiques 1T2, 1T3, MX et TQ sont les plus efficaces sur toute la gamme en énergie, avec cependant un gain d’efficacité à basse énergie, entre 10 et 100 GeV, pour les logiques 1T2 et 1T3. Une seconde catégorie concerne les logiques 2T2 et 2T3, d’efficacité globale plus faible. Enfin les logiques de plus faible efficacité sont les logiques 3T3, 3N et 3D.Figure 4.8
Efficacité de sélection en fonction de l’énergie des neutrinos, pour les différentes logiques de déclenchement 3N et 3D (ronds jaunes foncés et clairs), 1T2 et 2T2 (carrés bleus clairs et foncés), 1T3, 2T3 et 3T3 (triangles roses clairs, violets et roses foncés), et MX et TQ (étoiles vertes foncées et claires).
Nous allons maintenant expliciter les efficacités de sélection pour différents flux
φ(E)
, c’est-à-dire pour un flux de neutrinos atmosphériques, un flux de neutrinos cosmiques et enfin le flux de muons atmosphériques.4.2.2.1 Les neutrinos atmosphériques
Les logiques de déclenchement sont appliquées à une production de neutrinos atmosphériques qui suivent le flux de Bartol (cf. $2.3.2.1). Les efficacités de sélection sont calculées à l’aide de la relation (4.4), pour un taux de bruit de fond variant de 0 à 350 kHz, comme illustré sur la Figure 4.9. Les tendances observées sur la Figure 4.8 se confirment ici, où on peut distinguer le groupe des logiques 1T3, 1T2, MX et TQ, qui ont une efficacité de l’ordre de 60%, le groupe des logiques 2T3 et 2T2 qui ont une efficacité de l’ordre de 35%, et le groupe des logiques 3T3, 3N et 3D (jusqu’à 150 kHz), qui montrent des efficacités de l’ordre de 20%.
Ces logiques ont des efficacités de sélection pratiquement indépendantes du taux de bruit de fond mesuré par les photomultiplicateurs, à l’exception de deux d’entre elles, les logiques 3D et MX. La logique 3D, stable de 0 à 150 kHz, voit son efficacité s’accroitre très vite avec le bruit de fond, passant de 20% pour 150 kHz à 80% pour 350 kHz de bruit de fond. Ce comportement s’explique par sa grande sensibilité aux événements fortuits, et en l’occurrence à la grande probabilité que le bruit de fond simule des hits L1 n’importe où dans le détecteur en coïncidence temporelle à un événement neutrino. Ceci signifie que la pureté des hits dans l’événement est dégradée, ce qui se ressentira sur la direction reconstruite de l’événement. Ce phénomène s’applique de la même manière à la logique MX dès 200 kHz de bruit de fond.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 300 350
Taux de bruit de fond (kHz)
Efficacité de sélection (%) logique 3N logique 1T2 logique 3D logique 2T2 logique 1T3 logique MX logique 2T3 logique TQ logique 3T3 Figure 4.9
Efficacité de sélection des neutrinos atmosphériques en fonction du bruit de fond sur les photomultiplicateurs pour différentes logiques de déclenchement (détecteur 12 lignes, seuil haut à 3 pe).
Tableau 4.1
Efficacités de sélection pour les neutrinos atmosphériques, avec un détecteur 12 lignes et 50 kHz de bruit de fond. Les incertitudes statistiques sont de l’ordre de Δε/ε ~ 1.2%.
Trigger 3N 3D 3T3 2T3 1T3 2T2 1T2 MX* TQ
Efficacité 17.9% 18.0% 19.1% 36.8% 62.5% 32.5% 58.8% 63.3% 60.0% Efficacité / 3N 1 1.01 1.07 2.05 3.50 1.82 3.29 3.54 3.36
Les efficacités de sélection sont récapitulées dans le Tableau 4.1, ainsi que normalisées par rapport à celle de la logique 3N. Les logiques 2T2 et 2T3 sont à peu près deux fois plus efficaces aux événements neutrinos que la logique 3N, tandis que les logiques 1T2, 1T3, MX et TQ sont plus de trois fois plus efficaces.
4.2.2.2 Les neutrinos cosmiques
De façon identique sont appliquées les logiques de déclenchement sur des spectres typiques de sources potentielles de neutrinos. Cette étude a été menée sur un ensemble de sources galactiques observées en gamma à des énergies du TeV, dont une paramétrisation du spectre est donnée par [174]. On ne présentera ici que les résultats issus de la source RX J1713.7-3946. Ce rémanent de supernova est un bon candidat pour l’accélération hadronique, bien que cette interprétation soit très controversée (voir discussion $1.1.3). Le spectre en neutrinos de RX J1713.7-3946 a été simulé selon le flux donné au $2.3.2.1. Tableau 4.2
Efficacités de sélection pour les neutrinos provenant de la source RX J1713, avec un détecteur 12 lignes et 50 kHz de bruit de fond. Les incertitudes statistiques sont de l’ordre de Δε/ε ~ 1.2%.
Trigger 3N 3D 3T3 2T3 1T3 2T2 1T2 MX* TQ
Efficacité 44.2% 44.8% 41.0% 56.1% 73.1% 52.0% 70.2% 79.5% 74.9% Efficacité / 3N 1 1.01 0.93 1.27 1.65 1.18 1.59 1.80 1.69
4.2 Le nouveau système de déclenchement T3 89 0 10 20 30