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Search for high energy cosmic muon neutrinos from variable gamma-ray sources and time calibration of the optical modules of the ANTARES telescope

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22 - Física
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Search for high energy cosmic muon neutrinos from variable gamma-ray sources and time calibration of the optical modules of the ANTARES telescope

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dc.contributor.advisor	Hernández Rey, Juan José
dc.contributor.advisor	Dornic, Damien
dc.contributor.author	Sánchez Losa, Agustín
dc.contributor.other	Departament de Física Atòmica, Molecular i Nuclear	es_ES
dc.date.accessioned	2015-09-18T07:02:08Z
dc.date.available	2015-09-19T03:45:06Z
dc.date.issued	2015	es_ES
dc.date.submitted	25-09-2015	es_ES
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10550/47138
dc.description.abstract	Since the first evidence of the existence of cosmic rays (c. 1910) and the first hints of a new ghost particle later on named "neutrino"' (c. 1920) has passed a century. During this time, many experiments and theoretical ideas have expanded our knowledge about the most fundamental particle physics and the most extreme astrophysical processes in the Universe. One of these ideas was proposed half a century ago: neutrino telescopes, the feasibility of which has been proven during the last decade. They aim to provide a crucial contribution to the understanding of the physical processes hosted in the many astrophysical objects by the detection of high energy neutrinos. Eventually, they may provide an answer to the origin of the cosmic rays. It has been during the last years that they provided the first evidence of the existence of high energy cosmic neutrinos. This work represents an effort in this direction. In this thesis, multiple analyses have been performed using data of the ANTARES neutrino telescope in order to look for correlations of high energy neutrinos with known gamma-ray astrophysical sources. The ones that have been studied in this work are Active Galactic Nuclei, X-Ray Binaries and the Crab Pulsar Wind Nebula. In addition to the coincidence in space of neutrinos coming from these sources, it has been used the time information expected from their photon emissions at high energies (X-rays and gamma-rays). This reduces substantially the background and therefore the amount of signal required for a discovery in these point source analyses. In parallel, this work also included the improvement of the time calibration procedure for the ANTARES detector. The structure of this manuscript is as follows. First, the physics involved and the justification of the neutrino candidate sources are introduced in chapter 1. Then, the detection principle of neutrino astronomy and the state of the art about neutrino telescopes are presented. In chapter 2, the ANTARES neutrino telescope is described. Performance and simulations are reported in chapter 3. Chapter 4 is devoted to the time calibration of the detector. In particular, the operation of the controlled pulse light devices (optical beacons) and the analysis of their data are described. Its performance along the time has been evaluated and the success of the automation of the processes means a valuable asset for this crucial task in a neutrino telescope, useful for present and future detectors. In chapter 5 the astronomy at X-ray energies and above are described, introducing the telescopes used to obtain the time information of the photon emissions of the candidate sources analysed here. Their characterisation and the definition of the flare periods are also covered. These analyses are based on an extended maximum likelihood ratio technique, which is described in detail in chapter 6 together with the optimisation procedures. Finally, the application of this technique to the analysed sources and the results derived from it are presented in chapter 7, where conclusions and limits on neutrino fluxes are discussed. The analysis of the obtained data have provided strong constrains and also reinforce of IceCube ones regarding possible cosmic neutrino sources. Among the possible analyses that can be performed, the one presented in this work seeks to detect neutrino emission from known promising astrophysical sources improving the analysis performance by the expected time-dependant bond of the signal. This way, the proof of hadronic processes that would link cosmic ray production with them would be find or constrained otherwise.	en_US
dc.description.abstract	Desde la primera evidencia de la existencia de los rayos cósmicos (c. 1910) y los primeros indicios de una nueva partícula fantasma más adelante llamada "neutrino" (c. 1920) ha pasado un siglo. Durante este tiempo, muchos experimentos e ideas teóricas han ampliado nuestro conocimiento sobre la física de partículas más fundamentales y los procesos astrofísicos más extremos del Universo. Una de estas ideas se propuso hace medio siglo: los telescopios de neutrinos, cuya se ha demostrado en la última década. Su objetivo es proporcionar una contribución fundamental a la comprensión de los procesos físicos alojados en los diferentes objetos astrofísicos a través de la detección de neutrinos de alta energía. Con el tiempo, pueden dar una respuesta al origen de los rayos cósmicos. Ha sido en los últimos años que han proporcionado la primera evidencia de la existencia de neutrinos cósmicos de alta energía. Este trabajo representa un esfuerzo en esta dirección. En esta tesis, múltiples análisis se han realizado a partir de datos del telescopio de neutrinos ANTARES con el fin de buscar correlaciones de neutrinos de alta energía con fuentes astrofísicas de rayos gamma conocidas. Los que se han estudiado en este trabajo son núcleos galácticos activos, binarias de rayos X y la nebulosa del Cangrejo. Además de la coincidencia en el espacio de neutrinos procedentes de estas fuentes, se ha utilizado la información de tiempo que se espera de sus emisiones de fotones a altas energías (rayos X y rayos gamma). Esto reduce sustancialmente el fondo y por lo tanto la cantidad de señal requerida para un descubrimiento en este análisis de fuentes puntuales. Adicionalmente, este trabajo también incluye la mejora del procedimiento de calibración del detector ANTARES. La estructura de este manuscrito es como sigue. En primer lugar, la física implicada y la justificación de las fuentes candidatas de neutrinos se introducen en el capítulo 1. A continuación, se presentan el principio de detección en la astronomía de neutrinos y la actualidad sobre los telescopios de neutrinos. En el capítulo 2, se describe el telescopio de neutrinos ANTARES. El rendimiento del detector y las simulaciones se presentan en el capítulo 3. El capítulo 4 está dedicado a la calibración temporal del detector. En particular, se describe el funcionamiento de los dispositivos de pulsos de luz controlados (balizas ópticas) y el análisis de sus datos. Su rendimiento a lo largo del tiempo ha sido evaluado y el éxito de la automatización de los procesos significa un activo valioso para esta tarea crucial en un telescopio de neutrinos, útil para detectores presentes y futuros. En el capítulo 5 la astronomía en energías de rayos X y superiores es descrita, junto a la introducción de los telescopios utilizados para obtener la información temporal de las emisiones de fotones de las fuentes candidatas analizadas aquí. Su caracterización y la definición de los períodos de gran emisión son también descritos. Estos análisis se basan en una técnica de cociente de máxima verosimilitud extendida, que se describe en detalle en el capítulo 6, junto con los procedimientos de optimización. Por último, la aplicación de esta técnica a las fuentes analizadas y los resultados derivados de ella se presentan en el capítulo 7, donde las conclusiones y límites a los flujos de neutrinos son presentados. El análisis de los datos obtenidos han proporcionado restricciones a los flujos de neutrions y también ha reforzado los resultados de IceCube con respecto a posibles fuentes de neutrinos cósmicos. Entre los posibles análisis que se pueden realizar, la que se presenta en este trabajo busca detectar la emisión de neutrinos de fuentes astrofísicas prometedoras conocidas mejorando el rendimiento del análisis al usar la correlación temporal esperada de la señal. De esta manera, la prueba de que procesos hadrónicas, que implicarían la producción de rayos cósmicos en ellos, podría encontrarse o restringir de otro modo.	es_ES
dc.format.extent	304 p.	es_ES
dc.language.iso	en	es_ES
dc.subject	ANTARES	es_ES
dc.subject	neutrinos	es_ES
dc.subject	telescopios de neutrinos	es_ES
dc.subject	AGNs	es_ES
dc.subject	blazars	es_ES
dc.subject	binarias de rayos X	es_ES
dc.subject	XRBs	es_ES
dc.subject	neutrino telescopes	es_ES
dc.subject	X-ray binaries	es_ES
dc.subject	Crab Pulsar Wind Nebula	es_ES
dc.subject	Nebulosa del Cangrejo	es_ES
dc.title	Search for high energy cosmic muon neutrinos from variable gamma-ray sources and time calibration of the optical modules of the ANTARES telescope	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::FÍSICA::Física de altas energías	es_ES
dc.embargo.terms	0 days	es_ES