Kosmische deeltjesversnellers

Nikhef is nauw betrokken bij het Pierre Auger Observatorium voor kosmische straling in de afgelegen pampa van Argentinië. Daar staan verspreid over een oppervlak van 3000 vierkante kilometer circa 1700 watergevulde tanks met sensoren die inslaande deeltjes registreren.

Radioantennes op deze tanks nemen de elektromagnetische signalen van de deeltjeslawines in de atmosfeer waar. Langs de randen van het gebied nemen 25 ultraviolet-telescopen licht van de deeltjeslawines aan de donkere nachthemel waar.

De energie van de kosmische straling ligt tussen ongeveer 1 GeV en 100 EeV. Boven 1 EeV (10^18 eV) spreken we van ultrahoog-energetische deeltjes.

Van laag-energetische deeltjes is bekend dat ze als een gas door onze Melkweg zwerven, en dat hun oorsprong vaak ligt bij uitgebrande sterren na een supernova-explosie. Bovendien zijn ze erg talrijk.

De ultrahoog-energetische deeltjes waarop het AUGER-onderzoek zich richt, zijn veel zeldzamer. Ze hebben een energie van meer dan 100 miljoen keer de hoogste energie die we op aarde in deeltjesversnellers kunnen genereren, en bieden daarmee mogelijk zicht op nieuwe natuurkunde voorbij het Standaardmodel.

Door heel nauwkeurig de eigenschappen van de deeltjeslawine te meten, bepalen de onderzoekers waar de kosmische straling vandaan komt en welke energie deze heeft. Ook proberen ze te achterhalen wat de massa van de oorspronkelijke kosmische straling is: is het zo licht als waterstof, zo zwaar als ijzer, of iets ertussenin?

De eigenschappen van de deeltjeslawines zijn afhankelijk van de interacties van de deeltjes met de atmosfeer. Daarin wordt gezocht naar aanwijzingen voor nieuwe fysica bij energieën die bestaande deeltjesversnellers niet kunnen bereiken.

Door de aankomstrichtingen van de hoogenergetische straling te vergelijken met de posities van bekende objecten aan de hemel (zwarte gaten, sterrenstelsels, supernova’s) proberen onderzoekers erachter te komen waar deze kosmische straling nu eigenlijk vandaan komt.

Het onderzoeksprogramma Kosmische Straling telt circa 15 onderzoekers. Nikhef-wetenschappers hebben samen met internationale collega’s voor het observatorium detectiestations ontwikkeld voor de bestudering van radiosignalen die ontstaan door de wisselwerking van een deeltjeslawine met het aardmagneetveld en de atmosfeer.

Ook heeft Nikhef een leidende rol bij het installeren van radioantennes voor het observatorium, maar ook bij het interpreteren van de gegevens die hieruit voortkomen.

Daarnaast heeft Nikhef in Nijmegen een grote bijdrage geleverd bij zowel het ontwerp als de productie van de nieuwe dunne scintillator-detectielaag voor het observatorium

Het onderzoeksprogramma Kosmische Stralen – Auger wordt geleid vanuit de Nikhef-groep aan de Radboud Universiteit Nijmegen.

Lees meer over het internationale Pierre Auger Observatorium:  https://auger.org