Reconstruction hybride

Par « reconstruction hybride », on entend essentiellement la reconstruction FD avec en plus l’utilisation des données temporelles du SD, qui améliorent la reconstruction de la géométrie de la gerbe.

Géométrie de la gerbe

Les paramètres géométriques sont représentés sur la Fig. 1.14. La géométrie des pixels déclenchés permet de très bien contraindre l’angle du plan de la gerbe (précision_{∼ 0.3}◦). La suite de la reconstruction dépend des conditions d’observation de la gerbe :

– FD seul - stéréo. La gerbe étant observée depuis deux sites, on peut déterminer deux plans de gerbe et leur intersection fournit toute la géométrie de la gerbe avec précision. La résolution angulaire dans ce cas est inférieure au degré.

– FD seul - mono. Le paramètre d’impactRp et l’angle Ψ entre l’axe de la gerbe et l’horizontale sont

mesurés en utilisant les temps d’arrivéetj de la lumière dans les pixels successifs de la caméra. L’incer-

d’arrivée est très asymétrique : sur les deux angles déterminant cette direction, l’un est connu environ 10 fois mieux que l’autre. Les contours de probabilité sont des ellipses allongées. Cette situation complique en particulier l’analyse des anisotropies des événements HiRes mono (qui ne pouvaient être hybrides). – Hybride mono. Par rapport à la situation précédente, l’information fournie par les temps ti d’arrivée

de la gerbe dans les cuves augmente considérablement la précision de la reconstruction surRp etΨ car

ces temps supplémentaires sont nettement plus tardifs que ceux du FD, et permettent donc d’avoir un « bras de levier » significatif dans l’ajustement de la position de la gerbe en fonction du temps. Le temps fourni par une seule cuve suffit : on a ainsi des événements hybrides à des énergies qui sont pourtant en-dessous du seuil de détection du SD seul. La difficulté technique principale pour cette opération est de synchroniser en temps avec précision le FD et les cuves, ce qui est vérifié avec la cuve Céleste (voir plus haut).

Ainsi, l’utilisation des données SD permet d’avoir une résolution angulaire inférieure ou de l’ordre du degré pour tous les événements du FD, même ceux de basse énergie qui sont forcément mono, ce qui n’était pas le cas de HiRes.

Profil longitudinal et énergie EF D

En utilisant la calibration absolue des pixels des caméras, et en soustrayant le signal de fond, on accède à une mesure directe du nombre de photons UV générés par la gerbe et reçus au niveau du bâtiment FD. La lumière de fluorescence étant émise de façon isotrope, et connaissant par ailleurs la géométrie de la gerbe, le nombre de particules chargées en fonction de la profondeur dans l’atmosphère s’en déduit moyennant la connaissance des paramètres suivants :

– Le rendement de fluorescence du diazote de l’air dans la bande de longueur d’onde considérée. Les incer- titudes sur ce paramètre physique sont étonnement élevées, de l’ordre de 10% (et même bien plus pour certaines raies d’émission) ; par ailleurs le rendement de fluorescence dépend des conditions atmosphé- riques. Des études visant à quantifier le mieux possible ce rendement sont en cours.

– L’épaisseur optique de l’atmosphère dans la bande de longueur d’onde considérée. Celle-ci dépend beau- coup des conditions atmosphériques : profil de pression avec l’altitude, concentration en aérosols, ce qui justifie les efforts menés en termes de surveillance de l’atmosphère.

Par ailleurs, la lumière de fluorescence est contaminée par l’émission ˘Cerenkov due aussi à la gerbe : • émission ˘Cerenkov directe, émise par les particules de la gerbe. Il s’agit de la lumière collectée par les

télescopes modernes comme HESS pour étudier les gerbes, se développant à très haute altitude, générées par les photons et les rayons cosmiques au TeV. Cette émission étant très collimatée vers l’avant, elle a une contribution importante pour les gerbes inclinées qui se dirigent « vers » le télescope de fluorescence. • émission ˘Cerenkov indirecte due à la diffusion par l’atmosphère de la lumière ˘Cerenkov directe. Cette émission indirecte constitue une pollution importante quelle que soit la direction de la gerbe, dans les ré- gions où l’atmosphère est dense c’est-à-dire à grandX. Elle dépend par ailleurs beaucoup des conditions atmosphériques. Pour obtenir la courbeNe(X) du profil longitudinal de la gerbe, il faut donc modéliser

et soustraire ces contaminations ˘Cerenkov, ce qui apporte des incertitudes supplémentaires. Le profil longitudinal est alors ajusté par une fonction modèle de la forme :

Ne(X) = Nmax  X_{− X}1 Xmax− X1 Xmax−X1_λ eXmax−Xλ

X1 est la profondeur du point de première interaction et λ une longueur d’atténuation. L’énergie associée à

la composante chargée de la gerbe est alors obtenue en intégrant ce profil longitudinal. On voit donc que sa mesure ne dépend à aucun moment de la modélisation précise de la gerbe. Par contre, la fraction « manquante » d’énergie (neutrinos, énergie des muons au sol) est estimée à partir des modèles de gerbe (et de l’hypothèse

sur le primaire) ; elle est de l’ordre de 10% et doit être rajoutée ainsi « à la main » pour estimer l’énergie du primaireEF D.

♠ Ainsi, seuls ∼ 10% de EF D sont dépendants des simulations de gerbes et de l’hypothèse sur la nature du

primaire, ce qui confère un grand avantage sur le SD pour l’estimation de l’énergie. Il ne faut cependant pas oublier les systématiques propres au FD : rendement de fluorescence, conditions atmosphériques, calibration des caméras.