Systematic studies, calibration, and software development for event reconstruction and data analysis using the ANTARES deep-sea neutrino telescope

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Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2010-03-17
Issue Year
2010
Authors
Fehr, Felix
Editor
Abstract

The ANTARES neutrino telescope has been constructed in the Mediterranean deep sea in a depth of about 2500 m, 40 km off-shore the city of Toulon at the French coast, in order to detect cosmic neutrino signals. Being the largest apparatus on the Northern hemisphere, with about 900 photo-sensors, in addition to its unique discovery potential, ANTARES represents a benchmark and possible prototype for future neutrino telescope projects. After an introduction into neutrino telescopy and a description of the ANTARES telescope, this dissertation will describe the charge calibration of the front-end electronics. A long-term study of the calibration constants is discussed. Contributions to the software framework will be detailed and systematic studies of the event reconstruction are presented. For a precise telescopy, the absolute orientation of the detector is of utmost importance. A possible verification of the detector pointing relies on the detection of the shadow which is casted by the Moon in cosmic rays. The significance of this effect is evaluated with the help of a detailed Monte Carlo simulation. A first analysis of ANTARES data is performed.

Abstract

Mit dem ANTARES Neutrino-Teleskop, welches im Mittelmeer, 40 km vor der französischen Küste bei Toulon, in einer Tiefe von ca. 2500 m errichtet wurde, sollen kosmische Neutrinos detektiert werden. Mit rund 900 Photosensoren stellt ANTARES derzeit das sensitivste Experiment auf der Nordhalbkugel dar. Neben dem inhärenten Entdeckungspotential können aus Aufbau, Betrieb und Datenanalyse wichtige Erkenntnisse für die nächste Generation von Teleskopen gewonnen werden. Nach einer Einführung in die Neutrinoastronomie und in das ANTARES Experiment stellt diese Dissertation die erarbeiteten Kalibrationsverfahren für die Ausleseelektronik vor. Eine Langzeitstudie der Zeitentwicklung der Kalibrationskonstanten wird präsentiert. Beiträge zur Softwareinfrastruktur (Online-Monitoring, Datenverarbeitung und Rekonstruktion) werden erörtert. Für eine exakte Teleskopie ist die Verifikation der Detektorausrichtung von großer Bedeutung. Eine Kalibrationsmethode besteht in der Beobachtung des Schattens, den der Mond in der kosmischen Strahlung wirft. Die Größe dieses Effektes wird anhand einer detaillierten Simulation quantifiziert. Eine erste Analyse der Daten des komplettierten Teleskopes wird diskutiert.

DOI
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