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Accueil du site > Thèses, Stages, Formation et Enseignement > Propositions de thèses antérieures > Propositions de thèses 2011 > Recherche de matière noire super-symétrique dans les canaux \tilde{\chi} \tilde{\chi} \rightarrow \tilde{l} l et \tilde{\chi} \tilde{\chi} \rightarrow X \gamma et étude de l’émission diffuse galactique avec l’expérience H.E.S.S.

Recherche de matière noire super-symétrique dans les canaux \tilde{\chi} \tilde{\chi} \rightarrow \tilde{l} l et \tilde{\chi} \tilde{\chi} \rightarrow X \gamma et étude de l’émission diffuse galactique avec l’expérience H.E.S.S.

Equipe et responsable de groupe : HESS (« High Energy Stereoscopic System ») responsable Pascal Vincent

Directeur de thèse : Pascal Vincent

tél : 01 44 27 48 43

e-mail : pascal.vincent lpnhe.in2p3.fr

Titre : Recherche de matière noire super-symétrique dans les canaux \tilde{\chi} \tilde{\chi} \rightarrow \tilde{l} l et \tilde{\chi} \tilde{\chi} \rightarrow X \gamma et étude de l’émission diffuse galactique avec l’expérience H.E.S.S.

L’une des pierres angulaires du Big-Bang, modèle standard cosmologique, est la présence de matière noire. Bien que cette matière représente au moins 80% de toute la matière dans l’Univers, on connait étonnamment peu de chose sur sa nature. Un regain d’intérêt récent pour ce problème a été provoqué par l’observation d’anomalies par plusieurs expériences sur la détection des rayonnements cosmiques de très hautes énergies (E > 1 GeV). La collaboration PAMELA [1] fait état d’une augmentation significative de la fraction de positons dans le régime d’énergie compris entre 10 et 100 GeV, tandis que les expériences ATIC [2], PPB-PARIS [3] et HESS [4] suggèrent un excès dans le flux total d’électrons entre 100 GeV et 1 TeV. Les données récentes de Fermi/LAT [5] et HESS [6] montrent un spectre continu et décroissant rapidement qui est difficilement compatible avec le taux de fond diffus attendu à des énergies supérieures à 100 GeV. Ils identifient également une coupure marquée autour de 1 TeV, mais pas d’excès importants à plus basse énergie.

Certains modèles de la physique des hautes énergies prédisent l’existence de particules massives interagissant faiblement. Les modèles super-symétriques, prévoient l’existence d’une particule stable, le neutralino, qui constitue un bon candidat pour expliquer l’énigme de la matière manquante de l’univers. La possibilité que les anomalies observées soient dues à l’annihilation ou à la désintégration (dans le cas où la R-parité n’est pas conservée) de ces particules de matière noire, motive une très large communauté scientifique et de nombreuses interprétations en termes de scénarios de matière noire ; bien que des sources astrophysiques, comme les pulsars ou la proximité de restes de supernova, fournissent une explication également viable.

L’expérience HESS [7] est un réseau de quatre télescopes à effet Cherenkov, d’une focale de 15 mètres chacun et équipés d’un miroir d’environ 100 m2, installé en Namibie à environ 1 800 mètres d’altitude dans la région quasi désertique du Gamsberg. Cette expérience couvre un domaine en énergie s’étendant d’environ 100 GeV à quelques dizaine de TeV. En 2012, un cinquième télescope [8] sera ajouté au centre du réseau actuel. Il sera doté d’une focale de 35 mètres, un miroir de plus de 600 m2 pour un poids total de 500 tonnes. Avec ce cinquième élément le seuil de l’expérience devrait atteindra une vingtaine de GeV et la sensibilité totale du réseau va augmenter de près d’un ordre de grandeur. Ceci offre un nouveau potentiel de découverte ainsi qu’un nouveau domaine de recherche, à basse énergie.

La découverte par l’expérience H.E.S.S. d’une émission diffuse de rayonnement gamma de très haute énergie en provenance d’un ensemble de nuages de gaz proches du centre de la Voie Lactée a révélé, pour la première fois, l’origine des rayonnements cosmiques. L’émission de gamma diffus est un problème complexe car il fait intervenir le milieu galactique dans son ensemble à travers, des sources émettrices variées, des champs magnétiques qui confinent les rayonnements dans la galaxie et des interactions avec des gaz dans des régions éloignées des sources pour produire des photons gamma. A ce signal se superpose une composante extragalactique qui prend de l’importance à haute énergie. Une deuxième composante d’émission diffuse est constituée d’électrons. Les électrons du rayonnement cosmique de très haute énergie (E > 100 GeV) perdent leur énergie rapidement par diffusion Compton inverse et rayonnement synchrotron. Il en résulte un temps de refroidissement très court et une distribution en énergie suivant également un spectre large. Une autre conséquence de ce comportement est que les électrons détectés sur terre doivent provenir de sources situées à proximité de l’observateur.

Les enjeux de cette étude sont non seulement de comprendre et de modéliser ces phénomènes mais aussi d’essayer de déceler des écarts aux prédictions pouvant être attribués à la présence de matière noire. Des techniques d’analyse adaptées à ces signaux sont à l’étude pour comparer les différentes régions du ciel et confronter les modèles. L’analyse des données de H.E.S.S. combinées à celles de l’expérience FERMI, disponible à la communauté, permettra de couvrir un vaste spectre en énergie, entre quelques centaine de MeV à plusieurs dizaines de TeV ; soit près de six ordres de grandeur.

Références bibliographiques

  • [1] O. Adriani et al., “Observation of an anomalous positron abundance in the cosmic radiation” arXiv:0810.4995 [astro-ph].
  • [2] J. Chang et al., “An excess of cosmic ray electrons at energies of 300.800 GeV,” Nature 456 (2008) 362–365.
  • [3] S. Torii et al., “High-energy electron observations by PPB-BETS flight in Antarctica,” arXiv:0809.0760 [astro-ph].
  • [4] H.E.S.S. Collaboration, F. Aharonian et al., “The energy spectrum of cosmic-ray electrons at TeV energies,” Phys. Rev. Lett. 101 (2008) 261104.
  • [5] F. Collaboration, “Measurement of the Cosmic Ray e+ plus e- spectrum from 20 GeV to 1 TeV with the Fermi Large Area Telescope”. arXiv:0905.0025 [astro-ph.HE].
  • [6] H.E.S.S. Collaboration, F. Aharonian et al., “Probing the ATIC peak in the cosmic-ray electron spectrum with H.E.S.S”. Astron. Astrophys. 508 (2009) 561-564.
  • [7] J. A. Hinton (H.E.S.S. Collaboration) 2004, New Astron. Rev. 48, 331.
  • [8] P. Vincent (H.E.S.S. Collaboration), “HESS II”, 29th International Cosmic Ray Conference Pune (2005) 5, 163-166

Lieu de travail : LPNHE - Paris

Déplacements éventuels : Pays membre de la collaboration en Europe (Allemagne, Angleterre, Pologne, République Tchèque, Suède ...), Namibie (site de l’expérience).

Documentation : http://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/HESS.shtml

Contact :

et \tilde{\chi} \tilde{\chi} \rightarrow X \gamma et étude de l’émission diffuse galactique avec l’expérience H.E.S.S. ">Facebook