5.5 Performances
5.5.5 Rejet des bruits de fond
La detection de neutrinos electroniques, comme nous l'avons vu au chapitre 2, necessite de rejeter tres ecacement le bruit de fond dominant constitue par les muons atmospheriques
5.5 Performances 141 νeN cc νN cn ← 1/2 maximum ⇒ FWHM(νeN cc) ≈ 2.0 ← 1/2 maximum ⇒ FWHM(νN cn) ≈ 1.2 αrec[o] 1/ α dN/d α 0 10 20 30 40 50 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Figure 5.22: Distribution de l'erreur angulaire globale, ponderee par 1=
r ec pour ^etre propor-tionnelle a la densite d'evenements par unite d'angle solide (equation 5.2, voir texte).
νeN cc νN cn Rayon du pixel [o] Signification statistique 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Figure 5.23: Signi cation statistique de detection d'une source ponctuelle, en fonction du rayon du pixel (equation 5.3, voir texte).
(topologies 2.5.1.1 et 2.5.1.2). Au paragraphe 5.4, nous avons presente un ensemble de coupures permettant d'eliminer completement tous les evenements de bruit de fond simules. Ceci peut se traduire par des limites sur les taux de rejet e ectifs et sur les taux d'evenements de bruit de fond reconstruits et acceptes.
Tout d'abord, rappelons que les neutrinos atmospheriques constituent un bruit de fond irreductible dans notre projet. C'est donc par rapport a ce bruit de fond qu'il faut comparer celui qui provient des muons atmospheriques. Autrement dit, il nous faut essayer de reduire le bruit des muons atmospheriques au-dessous du niveau des neutrinos atmospheriques.
No-tons Nattendus(respectivement Nacceptes) le taux d'evenements du bruit de fond (atm!+
ou atm ! e ou atm selon le cas) attendus (respectivement reconstruits et acceptes) dans le volume de ni par la canette de tirage (0:08891km3). Notons Nsimules le nombre d'evenements que nous avons simules et qui determine la limite statistique. Nous pouvons de nir le taux de rejet minimum necessaire min, le taux de rejet e ectif eff, et le rapport du taux de muons atmospheriques sur celui de neutrinos atmospheriques reconstruits et acceptesRacceptes :
min = Nattendus(atm)
Nattendus(atm) (5.4a)
eff = Nsimules(atm)
Nacceptes(atm) (5.4b)
Racceptes = Nacceptes(atm)
Nacceptes(atm) (5.4c)
C'est ce dernier rapport qui est le plus determinant quant a la capacite de rejet des muons atmospheriques. Nous devons essayer de le rendre inferieur a 1 et m^eme negligeable devant 1 si possible.
142 Performances attendues d'ANTARES pour la detection dese
A n de caracteriser le rejet du bruit de fond en fonction de l'energie, nous utiliserons les valeurs de taux d'evenements attendus par decade que nous avons calcules au paragraphe 2.6 ( gure 2.9). Avec ces valeurs, nous pouvons calculer, pour chaque decade et pour chacun des deux types de bruit de fond, le taux de rejet minimummin et le taux d'evenements attendus par an Nattendus. Puis, a partir du nombre d'evenements simules, nous pouvons en deduire le temps d'exposition correspondant (c'est le rapport Nsimules=Nattendus(an;1)).
En n, en prenant en consideration l'absence de bruit de fond reconstruit et accepte parmi chaque lot d'evenements simules, nous pouvons a ecter une limite de Poisson de 2.3 evenements3
pendant ce temps d'exposition correspondant, pour chaque composante et pour chaque decade. Une simple extrapolation proportionnelle a un an de prises de donnees nous permet de calculer les limites sur les taux d'evenements de bruit de fond reconstruits et acceptes. En divisant ces limites par les taux d'evenements de signal provenant des neutrinos atmospheriques (que nous calculerons au paragraphe 5.6), nous pouvons alors determiner des limites pour le rapport des muons atmospheriques sur les neutrinos atmospheriques reconstruits et acceptes.
Tous les chi res relatifs aux statistiques de simulation que nous venons de de nir sont regroupes dans les tableaux 5.1 et 5.2. Le total de temps de calcul requis pour obtenir cela fut d'environ 4000 heures CPU sur des machines HP-UX 10.20 equipees d'un processeur PA-8000. On peut constater que le bruit de fond d^u aux desintegrations en vol des muons atmospheriques ne devrait poser aucun probleme, et que celui d^u aux pertes catastrophiques des muons atmospheriques par rayonnement de freinage est rejete ecacement au moins au-dessus de 10TeV (il est vraisemblable qu'avec des statistiques de simulation deux fois plus importantes, nous pourrions prouver l'ecacite du rejet sur tout le domaine en energie). Les limites obtenues sont egalement representees sur la gure 5.24, parallelement avec les spectres reconstruits des neutrinos atmospheriques et de di erents modeles de neutrinos cosmiques.
muon + rayonnement de freinage
Ecascade 0.1-1 TeV 1-10 TeV 10-100 TeV 0.1-1 PeV 1-10 PeV 10-100 PeV
min 2:1103 4:7103 1:4103 3:5102 71 15
Nattendus(an;1) 1:1108 5:8106 4:5104 1:5102 4:110;1 1:110;3
Nsimules 9:0106 9:0105 3:0105 3:0104 5500 5500
Temps d'exposition
correspondant 29 jours 57 jours 6.6 ans 200 ans 13000 ans 5106ans
Limites de Poisson (90%CL) :
Nacceptes(an;1) < 29 < 15 < 0:35 < 1:110;2 < 1:810;4 < 4:610;7
Racceptes < 1:8 < 1:5 < 0:43 < 0:24 < 0:19 < 0:36
Tableau 5.1: Resume des statistiques du bruit de fond simule et des limites sur les taux d'evenements reconstruits et acceptes pour la topologie 2.5.1.1 (muon atmospherique ayant une perte d'energie impor-tante par rayonnement de freinage). Les notations sont de nies dans le texte.
N.B. : Toutes les coupures pour eliminer le bruit de fond ont ete de nies au plus juste (c.-a-d.qu'elles font le \tour" des evenements g^enants), mais nous avons veri e qu'il etait
5.6 Taux d'evenements reconstruits et acceptes 143