Distance a l’axe
5.4. PRINCIPE DE RECONSTRUCTION 135
l’´ev´enement s´electionn´e, des co¨ıncidences fortuites : il faut les rejeter. On peut imaginer plusieurs coupures permettant de faire le tri.
Une premi`ere coupure est de v´erifier la compatibilit´e entre les temps des stations et les distances entre les cuves afin de ne pas avoir des gerbes se d´epla¸cant plus vite que la lumi`ere !
Une autre coupure serait une distance maximum dmax, entre les cuves touch´ees. En ef-fet, les gerbes que l’on souhaite d´etecter sont d’´energie comprise entre 1018eV et 5×1019eV. Leur extention lat´erale ne peut donc pas d´epasser certaines distances pour ˆetre d´etect´ees. Aussi un autre param`etre est li´e `a l’´energie des gerbes ´etudi´ees est le signal d´epos´e dans la cuve. II est intrins`equement li´e `a l’extension lat´erale. Mais une autre caract´eristique du signal nous int´eresse. Le rapport entre le signal int´egr´e et le pic. En effet, le bruit de fond est compos´e de muons et dans une seconde mesure de mini-gerbes. Le rapport signal/pic dans le cas d’´ev´enements interessants se d´etache du bruit de fond.
La figure 5.8 repr´esente le rapport signal/pic en fonction √
u2+ v2. Le bruit de fond est aux alentours de 2 tandis que dans le cas d’´ev´enements interessants, ce rapport est plus grand (sup´erieur `a 3). Une coupure que l’on peut imaginer est de demander que pour un certain nombre de stations, au moins deux, la valeur du rapport signal sur pic soit plus grande que 3. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 2 4 6 8 10
Fig. 5.8 – Signal sur Pic en fonction de √
u2+ v2.
Une fois toutes les coupures pass´ees, il reste `a trouver l’impact de la gerbe et l’´energie primaire. En g´en´eral le calcul du barycentre (avec les signaux des cuves) donne une bonne
136 CHAPITRE 5. ANALYSE DES DONN ´EES DU R ´ESEAU PROTOTYPE
approximation du cœur de la gerbe (environ 200 m) [98, 99].
Plus g´en´eralement, on utilise le programme Minuit pour faire un ajustement simul-tan´e de la position et de l’´energie. La figure 5.9 montre les impacts reconstruits pour les ´ev´enements `a plus de 5 stations au mois de mai 2002.
Fig. 5.9 – Impacts reconstruits des ´ev´enements `a plus de 5 stations au mois de mai 2002. La reconstruction de l’´energie est plus d´elicate. Il y a encore beaucoup `a faire pour donner une ´energie avec moins de 30% d’incertitudes. Pour la reconstruction des donn´ees, nous avons utilis´e la fonction de distribution lat´erale suivante [94] :
ρ(r) = E 0,95 q 1 + 11,8 × (cos θ1 − 1)2 r rref −β(θ) (5.1) avec β(θ) : β(θ) = 4,735 −1,236cos θsi θ < 60o β(θ) = 2,672 −0,161cos θsi θ > 60o
et rref correspond `a une distance de r´ef´erence, ici 1000 m. Le signal `a 1000 m sert donc d’estimateur de l’´energie primaire.
Pour illustrer un ´ev´enement du r´eseau prototype, nous avions le choix mais pourquoi ne pas tout simplement choisir le plus grand !
5.5 Ev´´ enement du 23 mai 2002
Il n’´etait pas possible de parler des ´ev´enements du r´eseau prototype sans parler du plus important que l’on ait d´etect´e jusque l`a et qui a d´ej`a fait beaucoup parl´e de lui.
5.5. ´EV ´ENEMENT DU 23 MAI 2002 137
Le 23 mai 2002, un ´ev´enement touchant 20 cuves (sur les 32 fonctionnant) a ´et´e d´etect´e. Comme la plupart des ´ev´enements `a haute multiplicit´e, sinon tous, il tr`es inclin´e ; son angle est estim´e `a plus de 80 degr´es. Le tableau 5.2 r´esume la reconstruction.
Tab. 5.2 – ´Ev´enement 204272 `a 20 cuves.
X impact 835 m ± 157 Y impact 4427 m ± 386 Z impact 1402 m θ 81,59o ± 0,6 degr´e φ 250,57o ± 2 degr´es Rayon de Courbure 109 km Densit´e `a 1000 m 14,27 ± 1,46 ´ Energie 52,58 EeV
Pour ce type de gerbes (tr`es inclin´ee), la partie ´electromagn´etique est enti`erement absorb´ee, et il ne reste plus qu’un front de muons se propageant. Ils sont peu d´evi´es et il n’est donc pas ´etonnant que le rayon de courbure soit grand (en g´en´eral les valeurs calcul´ees sont de l’ordre de la dizaine de kilom`etres pour des ´ev´enements pas trop inclin´es), et que les signaux soient tr`es piqu´es (Fig.5.10(a)).
bins 200 250 300 350 400 450 500 Signal (VEM) 0 5 10 15 20 25 30 35 Event 204272 - Ls 58 - THRESH pmt 1 - 37.3 VEM pmt 2 - 28.4 VEM pmt 3 - 32.2 VEM
(a) Signal dans la cuve 58. Signal typique de muon.
distance to shower axis (m) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
LS time - core time (ns)
-20000 -15000 -10000 -5000 0 44 45 16 63 36 58 43 67 46 38 49 48 35 21 33 65 34 26 70
(b) Diff´erence de temps entre la station et le temps de l’impact en fonction de la distance `
a l’axe de la gerbe.
Fig. 5.10 – Signal dans une cuve touch´ee. Cheminement de la gerbe.
La figure 5.10 permet de visualiser la direction de propagation de la gerbe, alli´ee `a la reconstruction de l’impact dans le r´eseau (Fig.5.11(a)). La figure 5.11(b) montre le r´esultat
138 CHAPITRE 5. ANALYSE DES DONN ´EES DU R ´ESEAU PROTOTYPE
de l’ajustement de la fonction de distribution lat´erale cit´ee au paragraphe pr´ec´edent.
(a) Position de l’impact de la gerbe recons-truite dans le r´eseau.
Distance to axis (m) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Tank signal (VEM)
1 10 44 45 1663 36 58 43 67 46 38 49 48 35 21 3365 34 26 70 = 73.4 2 χ 204272 :
(b) Fonction de distribution lat´erale ajust´ee sur les densit´es
Fig. 5.11 – Position du coeur reconstruit et ajustement de la fonction de distribution lat´erale.
Il est `a remarquer que cette reconstruction positionne le coeur `a l’int´erieur du r´eseau. En effet, comme nous l’avons d´ej`a soulign´e, les effets de bords sont importants. Dans le cas pr´esent, la gerbe n’´etant pas contenue dans le r´eseau, on peut envisager plu-sieurs reconstructions en tenant compte ou pas de stations silencieuses ; en n’utilisant pas cette contrainte le coeur peut ˆetre reconstruit en dehors du r´eseau et cela peut changer consid´erablement l’´energie reconstruite puisque cela affectera l’estimateur.
Pour les gerbes inclin´ees, des reconstructions particuli`eres sont envisag´ees [100].
5.6 Effets de bords et Acceptance du r´eseau prototype
L’acceptance du r´eseau prototype permet d’estimer si le taux d’´ev´enements d´etect´es correspond `a celui attendu, et permet aussi de se rendre compte des effets de bords.
La forme du r´eseau est importante. Lors de l’acquisition des donn´ees, des stations peuvent ne pas fonctionner et donc ne pas prendre de donn´ees, ce qui modifie la forme du r´eseau de d´etection. Alors le nombre de stations fonctionnant ou pas durant l’acquisition est d’une grande importance pour calculer l’acceptance du d´etecteur. La station centrale enregistre les stations qui entrent ou sortent de l’acquisition permettant de suivre la sur-face de d´etection.
La figure 5.12 montre l’influence du manque d’une station dans certaines partie du r´eseau prototype [101]. La figure a ´et´e r´ealis´ee en simulant des disques de gerbes d’´energie de 10 EeV dont le rayon correspond au rayon de trigger de T2, c’est-`a-dire le disque `a l’int´erieur duquel les stations d´eclenchent un trigger T2, fix´e `a 3 VEM par cuve. Pour 10 EeV, ce rayon vaut de l’ordre de 1750 m`etres et est proche de l’espacement des cuves dans le r´eseau ce qui explique l’influence du manque d’une cuve.