Reconstruction of neutrino-induced showers with ANTARES

Op aarde zijn kosmische deeltjes gemeten met extreem hoge energieën. De bijbehorende bronnen we kennen niet, we weten zelfs niet of die misschien binnen ons melkwegstelsel liggen. Wel weten we dat in uitbarstingen van kosmische energie ook neutrino's worden geproduceerd. Boven alle andere deeltjes hebben neutrino’s het voordeel dat ze slechts zwak met materie wisselwerken, waardoor ze ons quasi ongestoord kunnen bereiken. Het detecteren van neutrino’s vereist echter een hoge gevoeligheid in een groot detectorvolume. Voor de ANTARES neutrinotelescoop wordt het heldere water van de Middellandse Zee gebruikt als detectiemedium. We meten de zwakke lichtflitsjes die indirect worden gegenereerd door hoogenergetische neutrino’s. Door alleen te kijken naar deeltjes die door de aarde zijn gereisd kunnen we neutrino’s goed selecteren. Tot nog toe lag de focus van ANTARES op meten van tracks van secundaire deeltjes die geproduceerd worden door slechts één enkel neutrino soort (“flavour”). We hebben de gevoeligheid onderzocht voor de detectie van lokale licht-showers die gegenereerd kunnen worden door alle drie neutrino flavours. Een groot probleem is de overweldigende achtergrond van neutrino’s die in de atmosfeer geproduceerd worden. Door de richting en topologie van showers te karakteriseren hebben we een nieuwe strategie ontwikkeld en deze toegepast op meetgegevens van ANTARES, zodat we de flux (al dan niet limieten) kunnen bepalen voor neutrino’s die voortkomen uit onbekende bronnen. Dergelijke metingen kunnen theorieën over verscheidene ontstaansmechanismes uitsluiten. In de toekomstige, 50 keer gevoeliger KM3NeT telescoop, die meerdere kubieke kilometers water omvat, kan onze strategie nieuw inzicht verschaffen over de bron van kosmische neutrino’s.Extremely energetic particles (cosmic rays) have been measured on Earth but we do not know there galactic or extragalactic sources. If violent processes cause such particles, we should observe neutrinos as well. Among all particles, neutrinos have the advantage that they can reach us undisturbed due to their very weak interaction. However, neutrino detection requires high sensitivity in a large detector volume. In the ANTARES neutrino telescope we exploit the clear water in the Mediterranean Sea as detector medium and measure the faint flashes of light produced by high-energy neutrinos. Looking for particles having passed through the Earth, we purely identify neutrinos. Until now ANTARES aimed for tracks of secondary particles produced by only one sort (flavour) of neutrinos. Here we investigated the sensitivity to local showers of light which can be produced by all three neutrino flavours. A major challenge is the clean selection of showers from an overwhelming background of neutrinos produced in the atmosphere of the Earth. We have developed a novel strategy to select neutrino-induced showers by characterizing their directions and topologies. We have applied this strategy to ANTARES experimental data to determine the (limits on the) flux of neutrinos originating from unresolved astrophysical sources. Such measurements can exclude theories on various production mechanisms. The success achieved with ANTARES allows us to ultimately exploit the studied strategy on the future, about 50 times larger, KM3NeT telescope comprising several cubic-kilometres of water. The boosted sensitivity will reveal novel insight into the origin of extremely energetic cosmic particles