Development of a New Reconstruction Algorithm for ANTARES Events and Application to a Search for Neutrino Point Sources

Entwicklung eines Algorithmus zur Rekonstruktion von Ereignissen im ANTARES Neutrinoteleskop und Anwendung bei der Suche nach Punktquellen

  • One of the main goals of the ANTARES neutrino telescope is the examination of violent cosmic processes which accelerate particles to their highest energies, far beyond of what is possible in laboratory experiments on Earth. The detection of neutrinos originating from such sources would indicate a hadronic acceleration model of cosmic particles, rather than a leptonic model. So far, in the ANTARES project only limits for neutrino fluxes have been set and no high-energy neutrino events could be assigned to a cosmic source with enough certainty. In order to register a neutrino event with sufficient reliability, efficient neutrino reconstruction strategies are of crucial importance. This thesis One of the main goals of the ANTARES neutrino telescope is the examination of violent cosmic processes which accelerate particles to their highest energies, far beyond of what is possible in laboratory experiments on Earth. The detection of neutrinos originating from such sources would indicate a hadronic acceleration model of cosmic particles, rather than a leptonic model. So far, in the ANTARES project only limits for neutrino fluxes have been set and no high-energy neutrino events could be assigned to a cosmic source with enough certainty. In order to register a neutrino event with sufficient reliability, efficient neutrino reconstruction strategies are of crucial importance. This thesis details a novel reconstruction strategy called OSFFit which, in addition to maximum likelihood fits, contains an analytical approach. Furthermore, this strategy was used in a search for cosmic neutrino signals from 24 known gamma-ray sources in a data sample from 2007 to 2008. Hereby, the underlying environmental constraints and strong filtering criterions of OSFFit were obstacles for the reconstruction of cosmic neutrinos with enough certainty. Therefore, upper limits were established. The lowest median upper-limit which could be reached was for a massive stellar cluster with multiple gamma-ray point sources (HESS J1614-518). This thesis describes the development and improvement of the neutrino reconstruction strategy OSFFit with several quality variables. Furthermore, OSFFit was studied to assess its performance as well as to determine whether it can be utilised for certain event characteristics and whether it is able to complement state-of-the-art reconstruction strategies.show moreshow less
  • Einer der zentralen Verwendungszwecke des ANTARES Neutrino Teleskops ist die Entdeckung von kosmischen Neutrinoquellen und Beschleunigern. In diesen Prozessen können kosmische Teilchen auf deutlich höhere Energielevel beschleunigt werden als es bisher in Erdlaboratorien möglich ist. Die Detektion von Neutrinos aus diesen Beschleunigungsregionen würde einem hadronischen Neutrino-Beschleunigungsmodell den Vorzug gegenüber einem leptonischen Modell geben. Im Rahmen des ANTARES Projektes wurden bis dato nur Grenzen für den von potentiellen Beschleunigungsregionen stammenden Neutrinofluss berechnet. Es bisher noch nicht gelungen hochenergetische Neutrinoereignisse mit genügend Signifikanz einem kEiner der zentralen Verwendungszwecke des ANTARES Neutrino Teleskops ist die Entdeckung von kosmischen Neutrinoquellen und Beschleunigern. In diesen Prozessen können kosmische Teilchen auf deutlich höhere Energielevel beschleunigt werden als es bisher in Erdlaboratorien möglich ist. Die Detektion von Neutrinos aus diesen Beschleunigungsregionen würde einem hadronischen Neutrino-Beschleunigungsmodell den Vorzug gegenüber einem leptonischen Modell geben. Im Rahmen des ANTARES Projektes wurden bis dato nur Grenzen für den von potentiellen Beschleunigungsregionen stammenden Neutrinofluss berechnet. Es bisher noch nicht gelungen hochenergetische Neutrinoereignisse mit genügend Signifikanz einem kosmischen Ursprung zuzuordnen. Auf der Suche nach Neutrino-Punktquellen sind daher hochqualitative Rekonstruktionsketten von entscheidender Bedeutung. Die vorgestellte Doktorarbeit beschreibt die Entwicklung einer neuen Rekonstruktionsstrategie, OSFFit, welche mit Maximum-Likelihood-Fits arbeitet und eine analytische Näherung beinhaltet. Mit Hilfe dieser Strategie wurde Datenmaterial von 24 bekannten Gamma-Quellen aus den Jahren 2007 und 2008 hinsichtlich möglicher Neutrinosignale untersucht. Begrenzende Faktoren für eine signifikante Messung waren dabei vor allem der Effekt der Biolumineszenz in der Detektorumgebung und atmosphärische Teilchen. Folglich konnten nur obere Grenzen für den Neutrinofluss errechnet werden. Das kleinste Limit wurde dabei für den massiven Sternencluster HESS J1614-518 ermittelt, der viele Gamma-Punktquellen enthält. Die vorgestellte Doktorarbeit beschreibt die Entwicklung und Optimierung der Neutrino-Rekonstruktionsstrategie OSFFit mit mehreren Qualitätsparametern. Des Weiteren wurde eine Punktquellensuche durchgeführt und die Sensitivität der Strategie hinsichtlich bestimmter Ereignischarakteristika evaluiert.show moreshow less

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Metadaten
Author:Kathrin Roensch
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-72238
Advisor:Ulrich Katz
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2016
Embargo Date:2016/06/30
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2016/06/28
Release Date:2016/07/06
SWD-Keyword:Myonneutrino; Neutrinoastronomie
Pagenumber:1 - 138
Institutes:Naturwissenschaftliche Fakultät / Department Physik
Dewey Decimal Classification:Naturwissenschaften und Mathematik / Physik / Moderne Physik
PACS-Classification:90.00.00 GEOPHYSICS, ASTRONOMY, AND ASTROPHYSICS (for more detailed headings, see the Geophysics Appendix) / 95.00.00 Fundamental astronomy and astrophysics; instrumentation, techniques, and astronomical observations / 95.85.-e Astronomical observations (additional primary heading(s) must be chosen with these entries to represent the astronomical objects and/or properties studied) / 95.85.Ry Neutrino, muon, pion, and other elementary particles; cosmic rays
open_access (DINI-Set):open_access
Licence (German):Creative Commons - Namensnennung

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