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Photo-détecteurs de nouvelle génération et étude de la violation de l’invariance de Lorentz avec les pulsars détectés par H.E.S.S.-II

Equipe « Astroparticules » ; groupe : HESS responsable Pascal Vincent

Directeur de thèse : Julien Bolmont

tél : 01 44 27 48 18

e-mail : julien.bolmont lpnhe.in2p3.fr

Titre : Photo-détecteurs de nouvelle génération et étude de la violation de l’invariance de Lorentz avec les pulsars détectés par H.E.S.S.-II

L’astronomie gamma au sol entre actuellement dans une nouvelle ère. Les expériences MAGIC et VERITAS, constituées de deux et quatre télescopes respectivement, sont en train de renouveler leur électronique et leurs photo-détecteurs. En juin 2012, le cinquième télescope de l’expérience H.E.S.S. sera mis en service. À plus long terme, ces expériences remarquablement performantes vont laisser la place à un grand réseau de plusieurs dizaines de télescopes (CTA pour Cherenkov Telescope Array), permettant un gain d’un facteur dix en sensibilité et en nombre de sources détectées.

La thèse proposée s’inscrit dans ce contexte de transition et comporte deux parties, l’une concernant l’analyse des données du nouveau grand télescope de H.E.S.S. et l’autre portant sur la caractérisation et l’évaluation des photo-détecteurs dans un contexte général, c’est-à-dire pas seulement centré sur une application en astronomie gamma.

Du fait de la grande surface de collection de son réflecteur (28 m de diamètre), le cinquième télescope de H.E.S.S. sera en mesure de détecter des photons de basse énergie (quelques dizaines de GeV contre quelques centaines de GeV pour les quatre télescopes actuels). Cette gamme d’énergie étendue vers les basses énergies, combinée au fait que H.E.S.S. peut observer les parties centrales de la Voie Lactée, permettra de détecter de nombreux pulsars. Alors que l’on croyait encore récemment que ces sources ne pourrait pas être détectées au TeV, MAGIC puis VERITAS ont observé le pulsar du Crabe respectivement au dessus de 25 GeV et 100 GeV [1,2]. Du fait de leur émission périodique, les pulsars sont de bons candidats pour l’étude d’effets de propagation des photons [3]. En particulier, le groupe du LPNHE s’intéresse depuis de nombreuses années à l’éventuelle brisure de symétrie de Lorentz dans le cadre des modèles de Gravitation Quantique [4], qui se traduirait par le fait que des photons d’énergies différentes se propageraient à des vitesses différentes. Le (la) candidat(e) sera impliqué(e) dans l’analyse des données de H.E.S.S. et participera à la recherche de l’émission des pulsars. Il (elle) mènera la recherche de décalages temporels dépendant de l’énergie en utilisant les données d’autres instruments dans des domaines spectraux différents, en particulier celles du satellite Fermi.

Le démarrage de CTA aux environs de 2020, fruit du travail d’une collaboration mondiale, donne lieu à une remise en question des techniques employées en photo-détection depuis les années quatre-vingt. En particulier, l’utilisation des photo-multiplicateurs (PM) est remise en question et les PM au silicium (Si-PM pour Silicon-PM) ou photodiodes à avalanche (APD pour Avalanche Photo-Diode) sont pressentis pour les remplacer. Les responsabilités techniques importantes au sein de la collaboration H.E.S.S. ont conduit le groupe à développer des plateformes de test pour les PM et l’électronique d’acquisition. En tirant parti de cette expertise, le (la) candidat(e) aura la charge de mettre en place une nouvelle plateforme permettant la caractérisation complète de différents type de photo-détecteurs. Au départ utilisé pour réaliser des évaluations dans le cadre des projets H.E.S.S. et CTA, la plateforme d’évaluation devra être entièrement configurable et adaptable à des types de détecteurs différents et dans des domaines d’applications variés. Cette activité sera menée en lien étroit avec l’industrie.

Références :

  • [1] MAGIC Collaboration, « Observation of Pulsed Gamma-Rays Above 25 GeV Form the Crab Pulsar with MAGIC », Science 322 (2008), 1221-1224.
  • [2] VERITAS Collaboration, « Detection of Pulsed Gamma Rays Above 100 GeV from the Crab Pulsar », Science 334 (2011), 69-72.
  • [3] A. Nepomuk Otte, « Prospects of performing Lorentz invariance tests with VHE emission from pulsars », Proceedings of the 32nd ICRC, 12-18 august 2011,Beijing, China.
  • [4] J. Bolmont & A. Jacholkowska, « Lorentz Symmetry breaking studies with photons from astrophysical observations », Adv. Space Res. 47 (2011), 380-391.

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).

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