La désintégration des mésons charmés est étudiée dans le cadre de l'expérience WA82 à partir des données enregistrées au Super Proton Synchrotron (SPS) du CERN. Un total d'environ 4000 candidats a été extrait des 50 millions d'interactions enregistrées de 1987 à 1989. Une part importante de mon travail a consisté à assurer le fonctionnement du détecteur RICH destiné à l'identification des particules secondaires et à analyser les données recueillies. Cette information a pu être utilisée avec succès pour mettre en évidence un signal exploitable pour divers modes de désintégration rares de particules charmées ainsi que pour réduire le bruit de fond dans les modes plus abondants. Les résultats d'une analyse personnelle sont présentés, débouchant sur la mesure de rapports de branchement non-leptoniques des mésons D°, D+- et Ds+-, relativement aux modes les plus fréquents.

In this diploma thesis, we present a thorough investigation of the Vavilov-Cerenkov (VC) effect and its application to the detection of ultrahigh energyneutrinos. Neutrinos have no net charge and cannot emit VC radiation(VCR) but when they interact with a stationary medium such radiation isproduced by the Askar'yan effect. It has been proposed to use the lunarregolith as a detector material for such neutrino interactions, but in orderto do so, the VCR emitted from neutrino interactions has to be filtered outfrom that of other energetic particles impinging upon and penetrating intothe lunar surface. Since the principal difference between these emissions isdependent on the depth at which they occur, any boundary effects dependenton the distance from the point of emission to the surface is of interest.Therefore we examine the behavior of VCR near dielectric boundaries withextra care, both analytically and numerically. In order to keep the physicalpicture as clear as possible the analytical derivations are conducted in thetemporal domain. The boundary problem is studied both with respect tothe Maxwell boundary conditions and the method of images. In order toverify the analytic results and to make further investigations, a numericalMaxwell solver for the general VCR problem was constructed. The analyticand numeric results are then compared and proven to be equivalent. TheMaxwell solver is used to study the boundary problem and it is shown thatthe VCR emitted in a medium near the surface does not depend on the distanceto the surface in the same way as the opposite problem with a chargeabove the medium. In the case of a charge distribution traveling partiallyon both sides of the boundary some frequency dependent effects are shown.

要旨ファイルを2017-04-17に差替え / 京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第19502号 / 理博第4162号 / 新制||理||1598(附属図書館) / 32538 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 中家 剛, 教授 谷森 達, 准教授 成木 恵 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

Le faisceau d’électrons (500 keV, 30 kA, 100 ns) produit par le générateur RKA (Relativistic Klystron Amplifier) est utilisé pour étudier des matériaux soumis à des chocs de basse fluence (< 10 cal/cm²). Leur réponse dépend des caractéristiques du faisceau, principalement en termes d’homogénéité spatiale lors de l’impact. Dans ce but, nous avons utilisé des diagnostics électriques et un diagnostic optique basé sur l’émission Cerenkov. Les photons visibles produits sont détectables par des caméras rapides. Nous avons ainsi pu étudier l’homogénéité du faisceau émis dans la diode sous vide en fonction des matériaux utilisés pour la cathode et pour l’anode, mais aussi pu suivre sa propagation dans une enceinte contenant un gaz à basse pression.Chaque partie de l’installation a été optimisée lors de cette thèse. Nous avons constaté qu’une cathode en velours avec des fibres bien ordonnées était le meilleur émetteur. Une anode d’une dizaine de micromètres d’épaisseur permet de diffuser le faisceau avant qu’il n’impacte la cible, améliorant encore son homogénéité. Ces travaux sur la diode ont été complétés par une étude de la propagation du faisceau dans une enceinte remplie d’air ou d’argon à différentes pressions, avec ou sans focalisation produite par un champ magnétique externe. D’après les résultats expérimentaux, un faisceau d’électrons de 400 keV, 4,2 kA peut être propagé, avec un rayon constant, dans 0,7 mbar d’argon. Enfin, pour interpréter les expériences, des simulations ont été réalisées à l’aide du code Monte Carlo Geant4 pour calculer l’interaction du faisceau avec la cible Cerenkov et l’anode. Au niveau de l’émission et du transport du faisceau, le bon accord obtenu avec les prédictions du code PIC Magic permet d’estimer les distributions des électrons par la simulation et d’initialiser correctement les calculs de réponse des matériaux. / The electron beam (500 keV, 30 kA, 100 ns) of the RKA (Relativistic Klystron Amplifier) generator is used to study materials under shocks at low fluences (< 10 cal/cm²). Their response depends on the beam characteristics at the impact location, mainly in terms of spatial homogeneity. We have used electrical diagnostics as well as an optical diagnostics where the visible photons produced by Cerenkov emission in a silica target are collected by fast cameras. Beam homogeneity has been studied in the vacuum diode as a function of the materials used for the cathode and the anode. Beam propagation and focusing in a chamber filled with a low-pressure gas has also been investigated.Each part of the installation has been optimized during this work. We found that, among the tested materials, a velvet cathode with well-aligned fibers is the best emitter. An anode of thickness about ten micrometers improves the beam homogeneity by scattering of electrons. Next, we focused on beam propagation and focusing in the chamber. For example, a 400 keV, 4.2 kA electron beam can be propagated at constant radius in argon at 0.7 mbar. We performed simulations with the Monte Carlo code Geant4 in order to compute the beam interaction with the Cerenkov target as well as with the anode. Beam emission and propagation were simulated with the PIC code Magic. The good agreement with the experimental results allows us to estimate the electron distributions at any position along the beam path in order to initialize correctly the computation of the beam-material interaction.

L’imagerie TEP repose à l’heure actuelle sur des détecteurs à base de cristaux scintillants ou de semi-conducteurs. Le projet CaLIPSO propose de tirer parti à la fois de l’émission de lumière (par effet Cerenkov) et de l’ionisation du milieu de détection, pour réaliser un détecteur de résolution temporelle et spatiale améliorée. Le milieu de détection, le TriMéthylBismuth liquide à température ambiante, de par sa forte teneur en Bismuth, permet une détection par effet photoélectrique efficace. Cette étude a pour objectif de concevoir et d’optimiser le détecteur optique du projet CaLIPSO, afin de prouver le concept de la détection de photons de 511 keV par effet Cerenkov dans le TMBi, et de caractériser les performances d’un tel détecteur en termes de résolution temporelle et efficacité de détection. Un premier démonstrateur a validé le principe de détection reposant sur l’effet Cerenkov, bien que ses performances soient décevantes. C’est la raison pour laquelle nous avons entrepris un effort d’optimisation en simulation Monte Carlo dans Geant4, afin d’améliorer la collection de la lumière Cerenkov dans le détecteur, et donc son efficacité de détection et sa résolution temporelle. Avant, nous avons mesuré les propriétés optiques du TMBi (indice de réfraction, absorption et diffusion de la lumière), afin d’être capables de modéliser la propagation de la lumière Cerenkov dans le détecteur. Nous avons également optimisé par simulation Monte Carlo l’outil permettant la mesure de résolution en temps, un cristal scintillant de YAP:Ce couplé à un PMT. Cela a permis une mesure plus fine de la résolution temporelle du démonstrateur. A l’issue de ces travaux, nous avons construit un second démonstrateur optique. On mesure alors une efficacité de détection de l’ordre de 32% pour une résolution en temps de 660 ps (FWHM). L’efficacité mesurée prouve que le détecteur est pleinement efficace à détecter les conversions photoélectriques du photon de 511 keV (27% des photons incidents). Plusieurs optimisations technologiques sont proposées pour améliorer la résolution temporelle, et espérer à l’avenir une mesure du temps de vol des photons gamma. / PET detectors are usually based on scintillation crystals or semiconductor materials. The CaLIPSO project aims to build a PET detector working on the double detection of Cerenkov light and pair productions in a novel detection material called TriMethylBismuth. This would allow at the same time an enhanced time resolution (thanks to the Cerenkov signal) and a excellent spatial resolution (thanks to the ionization signal). Liquid TMBi (at room temperature), thanks to its good photo fraction (47%), allows a good detection efficiency, principally by photoelectric effect. In this context, this work aims to design and optimize an optical detector as a proof of concept for the Cerenkov detection of 511 keV gamma photons, and to measure the time resolution and detection efficiency of such a detector. The optical signal based on Cerenkov effect in TMBi has been observed on a first demonstrator, but its performances were clearly inappropriate. So we used a Monte Carlo simulation (Geant4) of the detector in order to model the relevant phenomena and to optimize de detection. It appeared that light collection efficiency in the detector was the most important parameter to optimize so as to improve time resolution and detection efficiency. Before that, we measured TMBi optical properties (refractive index, light absorption and diffusion), in order to model accurately the Cerenkov light propagation in the detector. The tool used for the time resolution measurement is a YAP: Ce scintillator coupled to a PMT. We also needed to optimize this tool in order to allow a more accurate measurement of the detector time resolution. At the end of this work, a second version of the optical demonstrator was built. We measured a detection efficiency of 32%, and a time resolution of 660 ps FWHM. The measured efficiency proved that our detector is fully efficient to detect the photoelectric conversions of the 511 keV photons (27% of the incident photons). Several technological optimizations are proposed to further improve the time resolution, in order to be able to measure the gamma photons’ time-of-flight in the future.

L’imagerie moléculaire vise à étudier les processus biologiques in vivo. L’imagerie Cerenkov est une technique d’imagerie moléculaire qui se développe depuis 2009. Le principe est d’injecter un radiotraceur, molécule marquée par un isotope radioactif, puis à enregistrer le signal optique émis par effet Cerenkov. L’imagerie Cerenkov permet d’imager des radiotraceurs émettant des rayonnements β+ (positon) et β- (électron).L’effet Cerenkov se produit lorsqu’une particule chargée se déplace dans un milieu avec une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce même milieu. Si ce seuil est dépassé, on observe alors une émission de photons optiques appelée rayonnement Cerenkov. Le spectre de cette émission s’étend de l’UV à l’IR de manière continue et le nombre de photons émis en fonction de la longueur d’onde varie en 1/λ².Mon thèse consiste à développer l’imagerie Cerenkov 3D pour reconstruire la distribution du radiotraceur in vivo. Nous disposons d’une plateforme d’imagerie nommée AMISSA (A Multimodality Imaging System for Small Animal) dont le but est de développer et de mettre à disposition des outils d’imagerie moléculaire pour du petit animal. / Molecular imaging aims to study biological processes in vivo. Cerenkov imaging is a molecular imaging technology that has developed since 2009. The principle is to inject a radioactive tracer molecule labeled with a radioactive isotope, then recording the optical signal emitted by the Cerenkov effect. The Cerenkov imaging allows imaging radiotracers emitting β+ radiation (positron) and β- (electron). The Cerenkov effect occurs when a charged particle moves through a medium with a speed greater than that of light in this same medium. If this threshold is exceeded, we observed an emission of optical photons called Cerenkov radiation. The emission spectrum of this extends from UV to IR continuously and the number of photons emitted as a function of the wavelength varies by 1/λ². My PhD is to develop 3D imaging Cerenkov to reconstruct the distribution of the radiotracer in vivo. We have an imaging platform named Amissa (A Multimodality Imaging System for Small Animal) whose purpose is to develop and make available tools for molecular imaging of small animals.

dans le fichier

Cette thèse présente le domaine de l'astronomie gamma et les principales sources de notre Galaxie (pulsars et SNRs) et celles situées à des distances cosmologiques (noyaux actifs de galaxie). La technique Cerenkov permet aux observatoires au sol de détecter des rayons gamma d'énergie du GeV absorbés dans l'atmosphère après avoir développé une cascade électromagnétique. Le projet CELESTE a atteint le but d'un seuil bas de 30 GeV, utilisant une grande surface de collection de l'ancienne centrale solaire de Thémis (Pyrénées Orientales). Une étude des principaux éléments du dispositif - un système de déclenchement mixte analogique-digital et un échantillonnage à haute fréquence du signal enregistré en plusieurs points du champ - représente la partie essentielle de cette thèse. Le code développé pour la simulation de la chaîne électronique de l'expérience a été vérifié profondément en faisant des comparaisonsavec les données réelles.<br> L'incertitude de la calibration en amplitude et de la mise-en-temps pour le déclenchement se traduit en erreurs sur la détermination du seuil en énergie et la surface effective. Les sources des biais éventuels sont étudiées (sur les différents points de la chaîne de simulation). Ces considérations sont appliquées aux observations de la Nébuleuse de Crabe, détectée par CELESTE déjà en 2000.

Ce document présente le travail effectué au sein de l'expérience BABAR ainsi qu'une étude phénoménologique sur l'interprétation des mesures de physique du B reliées au triangle d'unitarité. L'électronique de lecture du détecteur Cherenkov de BABAR, le DIRC, et en particulier, le convertisseur temps-numérique conçu au LPNHE sont décrits. Deux résultats majeurs de la collaboration BABAR sont également présentés : la mesure du paramètre sin2β dans les modes b → ccs qui a permis la mise en évidence de la violation de CP dans le domaine des B en 2001 et l'étude des asymétries CP dans le canal B0 → π+π−. Les contraintes sur le triangle d'unitarité, provenant de mesures dans le système K0K0, des désintégrations semi-leptoniques des B, des paramètres d'oscillation BB sont en excellent accord avec celles de sin2β et α.

CELESTE est un échantillonneur Cerenkov basé sur la reconversion de la centrale solaire de Thémis, située dans les Pyrénées-Orientales : les miroirs de la centrale permettent de recueillir la lumière Cerenkov des gerbes atmosphériques initiées par les rayons. Conçue dans le courant des années 90, cette expérience devait couvrir le domaine en énergie compris entre 30 et 300 GeV, permettant de faire le pont entre les satellites et les imageurs Cerenkov. Depuis l'année 2000, ce fut chose faite avec la détection de la nébuleuse du Crabe, puis du noyau actif de galaxie Markarian 421. Cette thèse présente le travail accompli depuis pour accroître la sensibilité de notre instrument tant par l'étude du détecteur que la conception d'une analyse originale. Malgré les conditions climatiques très difficiles pour l'observation, une nouvelle détection de la nébuleuse du Crabe est ici présentée, validant le principe de notre nouvelle analyse. Ce manuscrit se conclut sur l'étude des données provenant de deux noyaux actifs de galaxies, Markarian 421 et 1ES1426+428.