Easier : extensive air shower identification using electron radiometer
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Ultra high energy cosmic ray composition is crucial to determine their source. Current techniques measure it with a limited duty cycle of 10%. The EASIER project (Extensive Air Shower Identification using Electron Radiometer) is a radio detection system integrated with the surface detector of the Pierre Auger Observatory. Its goal is the measurement of the mass composition at high energy via the observation of the electromagnetic profile of air showers with a 100% duty cycle. The principle of EASIER was applied in the VHF band (30-80 MHz) in which a coherent signal was already observed and in the C band (3. 4-4. 2 GHz) in which an isotropic emission is expected. A large part of this thesis describes the development and calibration of the experimental setups in both bands. The installation of 7 detectors in the VHF band led to the detection of 36 events. Their characteristics indicate an emission beamed around the shower axis with a characteristic distance of the order of 200m for vertical showers. In the C band, 7 detector units were installed and led to the first detection of a radio signal in this band. The extension to 61 units raised the number of candidates to 4, all detected at distances to the shower axis lower than 300m. The comparison with simulations allowed us to set limits on the parameters of an isotropic emission. The distances of detection are limited by the emission mechanism and are up to now too small to fulfil EASIER goals. Improvements are underway to lower the sensitivity in both bands
Abstract FR:
La composition des rayons cosmiques d ‘ultra haute énergie est une information cruciale pour déterminer leur source. Les techniques actuelles la mesure avec un cycle utile limite a 10%. Le projet EASIER (Extensive Air Shower Identification using Electron Radiometer) est un système de détection radio intégré au détecteur de surface de l'Observatoire Pierre Auger. L’objectif est la mesure de la composition à hautes énergies (E > 10EeV) par l’observation du profile électromagnétique avec un cycle utile de 100%. Le principe d’EASIER a été appliqué dans la bande VHF (30-80 MHz) dans laquelle un signal radio cohérent a déjà été observé et dans la bande C (3. 4-4. 2 GHz) dans laquelle une émission isotrope est attendue. Une partie importante de cette thèse décrit les développements et la caractérisation des dispositifs expérimentaux dans ces deux bandes. L’installation de 7 détecteurs dans la bande VHF a permis la détection de 36 événements. Leurs caractéristiques indiquent une émission concentrée autour de l’axe de la gerbe avec une distance caractéristique de l’ordre de 200m pour des gerbes verticales. Dans la bande C un prototype de 7 unités a permis la première détection d'un signal radio dans cette bande. L’extension à 61 unités porte le nombre de candidats à 4, tous détectés à des distances à l’axe inferieures à 300m. La comparaison avec des simulations a permis d’établir des limites sur les caractéristiques d’une émission isotrope. Les distances de détection sont contraintes par les mécanismes d’émission observés et restent trop faibles pour remplir les objectifs d’EASIER. Des développements sont en cours pour abaisser la sensibilité des détecteurs dans les deux bandes