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A la recherche des photons cosmogéniques

Equipe thématique « Nature et origine du Rayonnement Cosmique de Hautes Energies » ; expérience : Auger

Directeur de thèse : Antoine Letessier-Selvon

tél : 01 44 27 73 31

e-mail : Antoine.Letessier-Selvon in2p3.fr

Titre : A la recherche des photons cosmogéniques

Le spectre des rayons cosmiques d’énergie ultime (au delà de 0.1 Joule) a été mesuré par l’observatoire Auger
avec une très grande précision. Deux caractéristiques spectrales sont clairement visibles dans ces mesures.
L’une appelée « cheville » correspond à un changement de l’indice de la loi de décroissance du spectre qui passe de -3.23
à -2.67 à une energie d’environ 1 J. L’autre correspond à une extinction du flux qui décroit exponentiellement
au delà d’une énergie d’environ 8 J.

L’origine de ces particularités n’est pas connue avec certitude. Elles peuvent provenir soit des caractéristiques
des sources soit d’un effet lié aux interactions des rayons cosmiques avec le CMB lors de leur voyage dans l’Univers.
Dans le second cas et si les rayons cosmiques au delà de 8 J sont des protons, ces interactions produisent
des pions chargés ou neutres. En retour, les pions chargés produisent des neutrinos et les neutres des photons d’énergies
autour de 1 J.

Ces neutrinos ou ces photons sont dit cosmogéniques car ils sont produits le long de la trajectoire des protons
dans le cosmos.

Une récente amélioration des détecteurs de l’Observatoire Auger réalisée par notre laboratoire permet d’améliorer très
sensiblement la détection de ces photons. Cette amélioration rend très probable leur détection si les protons dominent
le spectre des rayons cosmiques à haute énergie et, dans le cas contraire, permettra de mettre des limites contraignantes
sur la fraction de protons aux plus hautes énergies.

Ces résultats majeurs apporteront des indications directes sur la nature de la décroissance spectrale observée et sur la
possibilité de construire des observatoires dédiés à l’astronomie protonique.

Durant ses trois ans de thèse le/la candidat(e) participera aux prises de données, mettra au point les critères de sélection
permettant d’extraire le signal, modélisera les efficacités de détection, calculera les flux et les limites supérieures, et enfin
confrontera les résultats aux prédictions cosmogéniques existantes ou à venir.

Lieu de travail : LPNHE - Paris

Déplacements éventuels : Observatoire Auger / Argentine

Documentation :

Contact :

Ecole doctorale de rattachement :
Ecole doctorale Sciences de la Terre et de l’Environnement et Physique
de l’Univers

Lien sur les offres de thèse et candidature :
http://ed109.ipgp.fr/index.php/Offres_de_th%C3%A8se

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