VERITAS, ein abbildendes atmosphärisches Cherenkov-Teleskopsystem der dritten Generation, erlaubt es Spektren von hochenergetischer (E > 100 GeV) Gammastrahlung mit grosser Präzision zu messen. Anhand dieser Energiespektren können Rückschlüsse über die Beschleunigungsmechanismen in der Gammastrahlungsquelle gezogen werden. Spektrale cut-offs können durch eine maximale, verfügbare Energie in der Quelle zu Stande kommen. In dieser Arbeit wurden 108 Stunden VERITAS-Daten des Blazars Markarian 421 mit Hilfe eines neu implementierten Forward Folding Algorithmus analysiert. Durch Forward Folding kann die komplette instrumentelle Antwortfunktion, einschliesslich Energieauflösung und -bias, in der Energierekonstruktion berücksichtigt werden. Diese Methode erlaubt es insbesondere spektrale Merkmale, wie etwa einen exponentiellen Cut-off, mit hinreichender Signifikanz zu beobachten. Zudem können die spektralen Parameter mit grosser Genauigkeit bestimmt werden. Eine Abhängikgeit des spektralen Index von der Flussstärke von Markarian 421 konnte mit einer Signifikanz von > 3 Sigma nachgewiesen werden. Diese wurde als eine Verschiebung des Maximums der Emission, die auf dem Inversen Comptoneffekt basiert, zu höheren Energien interpretiert. Neben der Anwendung des Forward Folding auf Daten von Markarian 421, wurde das allgemeine Potential dieser Methode zur Detektion exponentieller Cut-offs mit VERITAS und CTA, dem TeV Gammastrahlenobservatorium der nächsten Generation, untersucht. Diese Studien zeigen den Einfluss der Energieauflösung auf und quantifizieren die Sensitivität auf Cut-offs bei verschiedenen Energien. / VERITAS, an array of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes, is capable of measuring spectra of very-high-energy (E > 100 GeV) gamma-rays with high precision. On the basis of these spectra, conclusions can be drawn about the acceleration mechanisms in gamma-ray sources. For instance, spectral cut-offs can indicate that there is a maximal energy available in the source. In this work, 108 h of VERITAS data on the blazar Markarian 421 have been analysed by means of an implementation of a Forward Folding algorithm. By Forward Folding the complete instrument response function, factors including energy resolution and bias can be taken into account in the energy reconstruction. In particular, this method facilitates significant detections of spectral features, such as an exponential cut-off, and additionally, the spectral parameters can be determined with great accuracy. A dependence of the spectral index on the flux level of Markarian 421 could be detected with a significance of > 3 Sigma. This dependence was interpreted as a shift of the peak energy of Inverse Compton emission to higher energies. Besides the application of Forward Folding to data of Markarian 421, the potential to detect exponential cut-offs with VERITAS and CTA, the next generation ground based gamma-ray observatory, with this method was investigated. This study shows the influence of the energy resolution on the sensitivity of the instrument to spectral cut-offs. This sensitivity has been quantified for various cut-off energies.

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Lignes spectrales de rayons gammas provenants de la matière noire. <p>Approches indépendantes de modèles/ Gamma-Ray Lines from the Dark Side of Matter: Model-Independent Approaches<p><p> Cette thèse a pour thématique centrale la matière noire, et plus particulièrement un type de signal qu’elle pourrait émettre, à savoir des lignes spectrales de rayons gammas. La nature de la matière noire demeure mystérieuse, et ce que l’on sait de ses propriétés est exposé dans le premier chapitre. En particulier, la pertinence des lignes spectrales de rayons gammas dans l’étude de la matière noire est soulignée. Cette thèse est consacrée à l’étude des connexions possibles entre la phénoménologie de ce type de signal et d’autres manifestations, qu’il s’agisse de détection directe ou indirecte, ou bien de détection dans des collisionneurs tels que le LHC. Le but est d’établir la possibilité de discriminer différents modèles et/ou d’obtenir des contraintes indépendantes.<p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Des modèles de Gravité Quantique (QG) prédisent une violation de l'invariance de Lorentz (LIV), se manifestant par une dispersion de la lumière dans le vide. Si un tel effet existe, des photons d'énergies différentes émis en même temps par une source distante sont détectés sur Terre à des moments différents. Les émissions transitoires à (très) hautes énergies provenant de sources astrophysiques lointaines, comme les sursauts gamma (GRBs) et les blazars sont utilisées pour contraindre cet effet LIV. Cet ouvrage présente les études menées avec deux télescopes gamma majeurs : H.E.S.S. -- pour lequel une étude de la qualité des données étalonnées a été réalisée -- et Fermi-LAT. Les énergies et les temps d'arrivée de photons individuels ont été utilisés pour contraindre le paramètre de dispersion dans le vide ainsi que l'échelle d'énergie E_QG à laquelle des effets LIV peuvent apparaitre. La méthode de maximum de vraisemblance est décrite, avec une étude détaillée des systématiques. Une modification dans le cas de fond non négligeable est appliquée aux données de l'éruption d'un blazar observé par H.E.S.S. : les limites obtenues sur E_QG sont moins contraignantes que les meilleures limites précédentes, mais elles se trouvent à un redshift non couvert à ce jour. Quatre GRBs observés par Fermi-LAT ont aussi été analysés, en déterminant la courbe de lumière de deux manières : ajustements gaussiens et estimation par densité de noyaux. Les meilleures limites sur E_QG pour le cas linéaire/subluminal sont obtenus avec GRB090510 : E_QG,1 > 7,6 E_Planck. Des limites plus robustes, tenant compte des effets intrinsèques à la source, ont également été produites. / Some Quantum Gravity (QG) theories allow for a violation of Lorentz invariance (LIV), manifesting as a dependence on the velocity of light in vacuum on its energy. If such a dependence exists, then photons of different energies emitted together by a distant source will arrive at the Earth at different times. (Very) high energy transient emissions from distant astrophysical sources such as Gamma-ray Bursts (GRBs) and blazars can be used to search for and constrain LIV. This work presents the studies obtained with two leading Gamma-ray telescopes: H.E.S.S. -- for which a study of the quality of the calibrated data was performed -- and Fermi-LAT. The energies and arrival times of individual photons were used to constrain the vacuum dispersion parameter and the energy scale EQG at which QG effects causing LIV may arise. The maximum likelihood method is described, with detailed studies of the systematics. A modification for a non-negligible background is provided and applied to the data of an AGN flare observed by H.E.S.S.: the obtained limits on the QG energy scale are less constraining than the previous best limits obtained with blazars; yet, the new limits lie a redshift range not covered this far. Four bright and quasi background-free GRBs observed by the Fermi-LAT were also analysed, with two different template light curve determinations -- Gaussian fits and Kernel Density Estimates. The best limits on the E_QG scale for the linear/subluminal case are from the shortest burst, GRB090510: E_QG,1 > 7.6 E_Planck. More robust limits, considering the intrinsic effects possibly occurring at the source, were also derived.

Das IceCube Neutrino Teleskop hat einen diffusen Fluss hochenergetischen astrophysikalischen Neutrinos entdeckten. Allerdings sind die Quellen die für die Mehrzahl der nachgewiesenen Neutrinos verantwortlich sind, noch unbekannt. Diese Arbeit untersucht die Möglichkeit, dass der beobachtete Neutrino-Fluss im Zentrum von aktiven galaktischen Kernen (AGN) erzeugt wird. Eine Stacking-Analyse wird durchgeführt, um die Korrelation zwischen verschiedenen Subpopulationen von AGN und hochenergetischen Neutrinos unter Verwendung von IceCube-Daten aus acht Jahren zu testen. AGN werden anhand ihrer Radioemission, Infrarot-Farbeigenschaften und ihres Röntgenflusses. Die Leuchtkraft der Akkretionsscheibe wird verwendet, um den Beitrag ausgewählter Galaxien zum Neutrinosignal zu gewichten. Die leuchtende AGN-Population trägt zu ~52% des von IceCube gemessenen diffusen Flusses bei 100 TeV mit einem Best-Fit-Spektralindex von 2 bei mit 2.83 sigma post-trial Signifikanz. Für die AGN-Probe mit geringer Leuchtkraft wird eine Signifikanz nach dem Versuch von nur 0.66 sigma gefunden, daher werden Obergrenzen festgelegt. Unter Annahme des Spektralindex für den astrophysikalischen Fluss von 2 und einer gleichverteilten gleiche Zusammensetzung Neutrinoflavour-Zusammensetzung auf der Erde, wird eine obere Flussgrenze berechnet, die den maximalen Beitrag der Kerne von AGN mit geringer Leuchtkraft zum diffusen TeV-PeV-Neutrino-Fluss auf ~51% bei 100 TeV beschränkt. Für diese Arbeit wurde auch eine neue Rekonstruktionsmethode entwickelt. In IceCube werden hochenergetische Myon-neutrinos durch die sekundären Myonen identifiziert, die durch Wechselwirkungen über geladene Ströme mit dem Eis erzeugt werden. In dem hier vorgestellten Rekonstruktionsschema wird die erwartete Ankunftszeitverteilung durch ein vorbestimmtes stochastisches Myon-Energieverlustprofil parametrisiert. Diese realistischere Parametrisierung führt zu einer Verbesserung der Myon-Winkelauflösung in IceCube um etwa 20%. / The IceCube neutrino telescope has measured a diffuse flux of high-energy astrophysical neutrinos. However, the sources responsible for the emission of the majority of the detected neutrinos are still unknown. The goal of this thesis is to explore the possibility that the neutrino flux observed by IceCube is produced in the cores of Active Galactic Nuclei (AGN). A stacking analysis is conducted to test for a correlation between various sub-populations of AGN and high-energy neutrinos using eight years of IceCube data. AGN are selected based on their radio emission, infrared color properties, and X-ray flux using the NVSS, AllWISE, ROSAT and XMMSL2 catalogs. The accretion disk luminosity estimated by the observed soft X-ray flux is used as a proxy for the contribution of selected galaxies to the neutrino signal. Two of the three AGN samples tested in this analysis show over-fluctuations, with the highest significance being of 2.83 sigma after trial correction. The luminous AGN population is found to contribute to ~52% of the diffuse flux measured by IceCube at 100 TeV with a best-fit spectral index of 2. For the low-luminosity AGN sample a post-trial significance of only 0.66 sigma is found, therefore upper limits are set. Assuming the spectral index for the astrophysical flux to be 2 and an equal composition of neutrino flavours arriving at Earth, an upper flux limit is calculated which constrains the maximal contribution of the cores of low-luminosity AGN to the diffuse TeV-PeV neutrino flux to be ~51% at 100 TeV. A new reconstruction method has also been developed for this thesis. In IceCube high-energy muon neutrinos are identified through the secondary muons produced via charge current interactions with the ice. In the reconstruction scheme presented in this thesis, the expected arrival time distribution is parameterized by a predetermined stochastic muon energy loss pattern, leading to an improvement of about 20% to the muon angular resolution of IceCube.

Les sursauts gamma sont des sources astrophysiques parmi les plus brillantes du ciel. Dans le modèle standard actuel, leur émission prompte (X et gamma) est due à des particules chargées accélérées au sein de jets relativistes émis à la formation de trous noirs de masses stellaire. L'émission rémanente observée de la radio aux X serait due à l'interaction de ces jets avec le milieu interstellaire. Le LAT, détecteur à création de paire du télescope spatial Fermi, permet depuis juin 2008 l'étude du ciel gamma de 20 MeV à plus de 300 GeV avec des performances inégalées. Le GBM, détecteur de sources transitoires de Fermi (8 keV à 40 MeV) a observé ~450 sursauts gamma, dont ~18 ont été observés jusqu'au domaine du GeV. Une localisation précise de ces sursauts et la synergie de Fermi avec les autres observatoires permettent l'étude des rémanences associées et une meilleure interprétation des observations. L'étude de sursauts gamma de 8 keV au domaine du GeV est présentée. Les localisations obtenues avec le LAT sont étudiées ainsi que leurs erreurs. Des analyses spectrales des émissions promptes combinant les données du GBM et du LAT sont exposées, ainsi que leur interprétation. Une analyse alternative basée sur une sélection relâchée des données LAT est présentée et caractérisée. L'utilisation des événements d'énergies inférieures à 100 MeV améliore l'analyse temporelle et spectrale des émissions promptes. La recherche d'émission gamma prolongée est présentée, ainsi que l'étude de l'émission rémanente de GRB 090510 observé des UV au GeV par Fermi et Swift. Enfin, un modèle d'émission prompte par les chocs internes, développé à l'IAP, est comparé aux observations de Fermi. / Gamma-Ray Bursts (GRB) are among the brightest gamma-ray sources in the sky. The current standard framework associates their prompt gamma-ray emission to charged particles accelerated in relativistic jets issued by newly-formed stellar-mass black holes. The radio to X-ray afterglow emission is due to the interaction between these jets and the interstellar medium.The LAT, pair-creation instrument onboard Fermi gamma-ray space telescope, performs unprecedented observation of the gamma-ray sky at energies of 20 MeV to over 300 GeV since its launch in june 2008. Fermi's transient sources detector, GBM, observed prompt emissions of ~450 GRB between 8 keV and 40 MeV. ~18 of these GRB were also studied up to GeV energies with the LAT. Accurate GRB localizations and Fermi's synergy with other observatories allows the study of GRB afterglows, and therefore a better interpretation of these observations.The analyses of GRB emissions between 8 keV to GeV energies is presented here. Localizations based on LAT data and their biases are studied. Spectral analyses of combined GBM and LAT data are shown, and their theoretical interpretations explained.An alternative analysis based on a relaxed selection of LAT data is presented and fully characterized. It allows to recover and use low-energy LAT statistics in temporal and spectral analyses of GRB prompt emission.Searches for long-lived high-energy emission from GRB are presented. The analysis of GRB 090510 afterglow emission from eV to GeV energies is described.Finally, Fermi bright GRB prompt emissions are compared to an internal shock model developed at IAP.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Die Dissertation beschreibt die Entwicklung eines Triggers fuer den Backward Silicon Tracker (BST). Der Detektor wurde im Jahre 2001 installiert und nach der Modifizierung von HERA zur Erreichung hoeherer Luminositaet in Betrieb genommen. Der Backward Silicon Tracker des H1-Experiments wird in Verbindung mit einem Blei-Scintillationsfaser Kalorimeter zur detaillierten Untersuchung der inklusiven tief inelastischen Streuung von Leptonen an Protonen, und der Charm-Erzeugung bei kleinen Werte der Bjorken Variable x eingesetzt. Die guten Eigenschaften von Festkoerper-Halbleitern, geringes elektronisches Rauschen und schnelle Signalantworten, wurden bei der Entwicklung des Silizium Pad-Detektors zum Nachweis von Spuren in der Rueckwaertsregion des H1-Experiments in der ersten Stufe des Triggersystems ausgenutzt. Der neue Triggerdetektor des BST, der Pad-Detektor und die dafuer entwickelte Ausleseelektronik wie auch die implementierte Logik werden beschrieben. Resultate von Teststrahlmessungen und von ersten Messungen unter Luminositaetsbedingungen an HERA-II werden dargestellt. / The Backward Silicon Tracker of the H1 experiment is being used in conjunction with a lead-fiber Calorimeter for detailed investigations of inclusive deeply inelastic scattering of leptons from protons, and of charm production at small values of the Bjorken variable x. In this thesis the development of a trigger for the Backward Silicon Tracker is described. The detector was installed in 2001 and started to operate in H1 after the HERA upgrade. Exploiting the low noise performance and fast time response of solid state semiconductors, a silicon pad detector telescope was developed for the first level trigger on tracks scattered in the backward region of the H1 detector. The design of the new trigger part of the BST consisting of silicon pad detectors and dedicated fast readout circuitry is described. Results of beam tests and first luminosity data are presented.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem HERA-B-Experiment zur CP-Verletzung bei DESY in Hamburg und beschreibt die Rekonstruktion des für HERA-B wichtigen Zerfalls J/psi->e^+e^- und dem darauf aufbauenden Ausblick auf Lebensdauermessungen von Teilchen mit schweren Quarks. Zunächst wurde zur Frühjahr-1999-Datennahme mit ausgeschaltetem Magneten die relative Ausrichtung zwischen dem Vertexdetektor und dem elektromagnetischen Kalorimeter untersucht. Daraufhin konnten die Vierervektoren Elektronspuren gemessen werden. Die energieabhängige Ortsauflösung des Kalorimeters wurde bestimmt. Die späteren Datennahmen mit eingeschaltetem Magneten im Herbst 1999 erlaubten eine Impulsmessung aller geladenen Teilchen. Die höhere geometrische Akzeptanz des weiter ausgebauten Detektors und der erweiterte Trigger erlaubte eine reguläre Beobachtung des J/psi-Signals. Die Breite des Signals konnte durch die in den Frühjahr-Daten gefundene Ortsauflösung des Kalorimeters erklärt werden. Die rekonstruierten J/psi-Mesonen wurden verwendet, um die Ortsauflösung der Vertizes zu untersuchen. Für Detektorkonfiguration im Herbst 1999 wurde ein Fehler des J/psi-Vertex in z-Richtung von sigma_z=1.29mm gefunden. Die Primärvertizes konnten bei Benutzung der Targetposition mit einer Unsicherheit von sigma_z=57mu m rekonstriert werden. Der HERA-B-J/psi-Trigger wird die vollständige Rekonstruktion von bisher wenig bekannten b-Baryonen ermöglichen. Vor allem interessant sind das Xi_b^- und das Sigma_b^0. Es besteht die Möglichkeit, dass ihre Lebensdauer mit den Daten eines HERA-B-Jahres mit der Genauigkeit von sigma_tau=0.1ps gemessen werden kann. / This thesis has been done at the HERA-B experiment for CP violation at DESY in Hamburg and describes the reconstruction of the for HERA-B important decay J/psi->e^+e^- and gives an outlook on possible lifetime measurements of particles with heavy quarks. In the spring 1999 runs a relative alignment between vertex detector and electromagnetic calorimeter was performed with the HERA-B magnet switched off. The four-vectors of electron tracks could be calculated and the energy-dependent spatial resolution of the calorimeter was measured. The fall 1999 runs with magnet switched on allowed a momentum measurement of charged particles. The increased geometrical acceptance and the extended trigger lead to the regular observation of the J/psi signal. Its width could be described by the spatial resolution of the calorimeter measured in the spring runs. The reconstructed J/psi mesons were used to analyze the vertex resolution. In the 1999 detector setup the J/psi vertex resolution in z was sigma_z=1.29mm. Using the target constraints the primary vertex resolution was sigma_z=57mu m. The HERA-B J/psi trigger will make the exclusive reconstruction of so far not well known b charged baryons possible. Especially the Xi_b^- and the Sigma_b^0 are interesting. One year of HERA-B data taking can permit their lifetime measurement with an accuracy of sigma_tau=0.1ps.