Recherche indirecte et inclusive de matière noire avec le spectromètre spatial AMS02
Institution:
ChambéryDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
AMSO2 is a particle physics detector designed for 3 years of data taking abroad the International Space Station. Equipped with a superconducting magnet, it will measure gamma and cosmic ray fluxes from GeV to TeV with high particle identification capabilities thank to specific sub-detectors: a Time-Of-Flight counter, a Transition Radiation Detector, a Silicon Tracker, a Ring Imaging CHerenkov coooter and an Electromagnetic calorimeter. The Ecal is studied in details, in particular with the qualification of a stand-alone trigger devoted to gamma ray astronomy. The analogical part of the trigger system has been tested with test benches and in beam at CERN. The in-orbit calibration of the Ecal is studied, it may proceed in two steps. First, the Ecal cells responses have to be equalized with minimum ionizing particles data. Then an absolute calibration can be performed with cosmic electrons. For both the relative and the absolute calibration, possible procedures are defined and realistic calibration times are estimated. The second part deals with the indirect searches for dark matter and the study of the AMSO2 sensitivity. Dark matter stands for 84% of the Universe mass and could consist in new particles which can be naturally predicted by new physics beyond the Standard Model, like supersymmetry or extra space-time dimensions. Dark matter particles annihilations may become observable exotic primary cosmic ray sources. A numerical tool allowing to perform predictions for these exotic fluxes within supersymmetry or extra-dimension is developed and is presented in details. Phenomenological studies regarding possible enhancements of these signals by over- dense regions of the halo have also been handled. The generator is eventually used to estimate AMSO2 sensitivity to dark matter signals and its capability to reconstruct the annihilation final state and thus the underlying new physics models
Abstract FR:
AMSO2 est un détecteur de physique des particules destiné a 3 ans de prise de données sur la Station Spatiale lnternationale. II perrnettra de mesurer simultanément les flux de rayons cosmiques chargés et de photons entre 1 GeV et 1 TeV, avec une grande capacité d'identification grâce a des sous-détecteurs spécifiques: un compteur de temps de vol, un détecteur à rayonnement de transition, un trajectographe au Silicium entoure d'un aimant supra-conducteur, un compteur Cerenkov et un calorimètre électromagnétique. Le Ecal fait l'objet d'études detaillées, avec la qualification d'un système autonome de déclenchement de l'acquisition dédié a l'astronomie gamma. La partie analogique du système de déclenchement a été testée sur banc et lors de deux tests en faisceau au CERN. La calibration en vol du calorimètre est étudiée, elle comprend deux volets : l'inter-calibration des canaux avec des protons au minimum d'ionisation et un étalonnage absolu avec des électrons. Dans les deux cas, de possibles procédures sont présentées, et les temps nécessaires a la calibration en vol sont calculés pour démontrer sa faisabilité. Une partie de cette thèse traite de la recherche indirecte de la matière noire et de la sensibilité d'AMSO2. Comptant pour 84% de la masse de l'Univers, la matière noire pourrait consister en de nouvelles particules. Agglomérées dans notre Galaxie, elles pourraient constituer une source exotique de rayons cosmiques primaires. Un outil de calcul numérique est développé pour la prédiction des flux exotiques dans Ie cadre de la supersymétrie et de modèles a dimensions supplémentaires. Des études phénoménologiques concernant l'amplification du signal en présence de zones à haute densité de matière noire sont menées. Enfin, les outils développés sont utilisés pour estimer la sensibilité d'AMSO2, en particulier pour quantifier sa capacité a reconstruire l'état final d'annihilation en combinant les canaux, et ainsi remonter au modèle de nouvelle physique.