Tienjarig Pierre Auger Observatorium maakt doorstart met verbeterde detectoren

10 november 2015

Gezamenlijk persbericht Radboud Universiteit Nijmegen/Nikhef/KVI-CART/NOVA (English follows Dutch)

Pierre Auger, het observatorium voor kosmische deeltjes in Argentinië, krijgt nieuwe, verbeterde detectoren. Van 14 tot en met 16 november vindt een evenement plaats op Auger om de successen van de eerste tien jaar en de plannen voor het volgende decennium te bespreken. De Nederlandse deelnemers aan het internationale onderzoeksproject dragen in belangrijke mate bij aan de nieuwe ‘Scintillator Surface Detector’, een van de belangrijkste nieuwe onderdelen. Hiermee hopen de onderzoekers de exacte eigenschappen van de aankomende hoogst-energetische kosmische straling te kunnen meten.

Het Pierre Auger Observatorium in de provincie Mendoza, Argentinië, is de belangrijkste meetinstallatie voor het onderzoek aan kosmische straling, die veroorzaakt wordt door geladen deeltjes uit de ruimte. Ruim 500 wetenschappers uit 16 verschillende landen werken er aan de vraag waar de hoogst energetische deeltjes uit het heelal vandaan komen. Sinds de metingen begonnen in 2005 hebben meer dan 220 jonge wetenschappers hun proefschrift op Auger-metingen gebaseerd.

Vanaf 2005 is een Nederlandse Auger-groep actief, een samenwerkingsverband tussen Nikhef en KVI-CART. Ook onderzoekers van het Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics van de Radboud Universiteit doen hierin mee. De groep heeft een vooraanstaande rol in de analyse en interpretatie van de data, met name voor de bepaling uit welke soorten deeltjes de kosmische straling bij de hoogste energie bestaat. Ook bij de geplande verbeteringen hebben Nederlandse wetenschappers een belangrijke rol.

Nieuwe detectorschil
De nieuwe ‘Scintillator Surface Detector’ voegt een nieuwe detectielaag toe die met de al bestaande detector het verschil kan meten tussen elektronen en muonen. Als een ultrahoog energetisch kosmisch deeltje op de atmosfeer botst, ontstaat er een lawine van secondaire deeltjes, bestaande uit muonen, elektronen en kerndeeltjes, al komen deze laatste vrijwel niet op het aardoppervlak aan. De muonen zijn vooral afkomstig van de eerste botsingen in de atmosfeer, terwijl elektronen later in de deeltjeslawine ontstaan. Met de aparte informatie over muonen en elektronen kan worden vastgesteld wat voor soort kern het inkomende kosmische deeltje is. Deze informatie is cruciaal om de herkomst in het heelal van deze deeltjes te kunnen achterhalen. Ook is het van belang om erachter te komen wat er fysisch precies gebeurt bij de ultrahoog energetische botsingen van deze deeltjes in de atmosfeer, met een energie die honderden keren groter is dan die bij de krachtigste door mensen gemaakte deeltjesbotser op aarde, de LHC van CERN.

Eindpunt gevonden, theorie gesneuveld
Een van de belangrijke resultaten van Auger is dat onomstotelijk is vastgesteld dat er een maximumenergie voor kosmische deeltjes is. Dit was voorspeld, maar de voorspelling over de samenstelling van de deeltjes bij de maximum energie lijkt niet te kloppen. Hiermee wordt de rest van de verklaring ook twijfelachtig. Om uit te vinden hoe het dan wel zit is het nodig een nieuwe dimensie aan de meting toe te voegen, namelijk het achterhalen van de exacte eigenschappen van de aankomende hoogst-energetische kosmische straling.

Na zorgvuldige planning en onderzoek gaat Auger de detectoren van het observatorium aanzienlijk verbeteren om dit te bereiken. Na deze upgrade kan het observatorium weer tien jaar waarnemen om de nieuwe en nog andere openstaande vragen te beantwoorden. Om de mijlpaal neer te zetten is er van 14 t/m 16 november een groot evenement bij het observatorium, waarbij zowel al behaalde successen als de nieuwe uitdagingen over het voetlicht zullen worden gebracht en de nieuwe overeenkomst voor het observatorium zal worden getekend.

Meer informatie
Prof.dr. Sijbrand de Jong, Nikhef-programmaleider kosmische straling, hoogleraar experimentele natuurkunde Radboud Universiteit Nijmegen
E-mail
Tel: +31 6 2040 3689

Meer informatie over de plechtigheid:
https://www.auger.org/index.php/observatory/augerprime

Beeld: Artist’s impression van een lawine van kosmische deeltjes die de aarde bereikt. Credits: Montage: Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics / A.Chantelauze; Afbeelding: Pierre Auger Observatory / S.Saffi; Cosmic Shower: ASPERA / Novapix / L.Bret

Ten-year-old Pierre Auger Observatory to resume with improved detectors

Pierre Auger, the observatory for cosmic particles in Argentina, will receive new, improved detectors. From 14 to 16 November, an event took place at Auger to celebrate the achievements of the first 10 years and to discuss the plans for the next decade. Dutch participants at the international research project are making a significant contribution to the new ‘Scintillator Surface Detector’, one of the most important new components. With this, the researchers hope to be able to measure the exact properties of the high-energy cosmic radiation that reaches Earth.

The Pierre Auger Observatory in the province of Mendoza, Argentina, is the most important measurement installation for research into cosmic radiation, which is caused by charged particles from space. More than 500 scientists from 16 different countries are working on the question as to where in the cosmos the highest energy particles originate. Since measurements started in 2005, more than 220 young scientists have based their PhD theses on measurements from Auger.

A Dutch Auger group has been active since 2005. This is a collaboration between Nikhef and KVI-CART, in which researchers from the Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics at Radboud University also participate. The group has a prominent role in the analysis and interpretation of the data, especially in determining the types of particles that constitute the cosmic radiation with the highest energy. Dutch scientists are also playing an important role in the planned improvements.

New detector shield
The new ‘Scintillator Surface Detector’ adds a new detection layer that, together with the existing detector, can measure the difference between electrons and muons. When an ultrahigh energy cosmic particle collides with the atmosphere, an avalanche of secondary particles is created, consisting of muons, electrons and atomic particles. Atomic particles rarely reach the Earth’s surface. The muons mainly originate from the initial collisions in the atmosphere, whereas electrons are created later in the particle avalanche. Using the separate information about muons and electrons, it can be established what type of nucleus the incoming cosmic particle had. This information is vital for elucidating where in the cosmos these particles originated. It is also important for discovering the exact physical processes that take place during the ultrahigh energy collisions of these particles in the atmosphere. The energy level involved is hundreds of times greater than the most powerful particle collider ever made by humans on Earth, the LHC at CERN.

Endpoint found, theory fails
One of the most important results from Auger is the irrefutable confirmation of a maximum energy for cosmic particles. This had been predicted, but the prediction about the composition of the particles at the maximum energy was found to be incorrect. Consequently, the rest of the explanation also became doubtful. A correct interpretation can only be established if a new aspect is added to the measurement, namely the derivation of the exact properties of the highest energy cosmic radiation.

After careful planning and research, Auger will significantly improve the detectors of the observatory in order to achieve this. Following this upgrade, the observatory will once again be able to perform observations for another 10 years to answer this new question and other questions that still remain. To mark this milestone, a large event was held at the observatory from 14 to 16 November. The successes already achieved and the new challenges to be faced