Auger

Kosmische stralen

Wetenschappers van Nikhef onderzoeken, samen met collega’s uit andere landen, de gegevens die we krijgen uit het Pierre Auger Observatorium voor kosmische stralen.  Dat is een internationaal observatorium voor de detectie van ultrahoog-energetische kosmische straling, gelegen op de Argentijnse pampa. De onderzoekers willen meer weten over de aard, oorsprong en interacties van deze mysterieuze kosmische straling.

Wat is kosmische straling?

Iedere seconde bombarderen miljoenen kosmische stralen de atmosfeer. Daarbij veroorzaken zij ‘lawines’ van subatomaire deeltjes. De energie van de kosmische straling ligt tussen ongeveer 1 GeV en 100 EeV. Boven 1 EeV (1018 eV) spreken we van ultrahoog-energetische deeltjes. Van laag-energetische deeltjes weten we 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, de deeltjes waar ons onderzoek zich op 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.

Wat is het Pierre Auger Observatorium?

Het Pierre Auger Observatorium bestaat uit de deeltjesdetector met meer dan 1600 waterbassins, 27 telescopen en een centrum om nieuwe technieken te ontwikkelen:

– De deeltjesdetector met meer dan 1600 waterbassins is verspreid over een oppervlak van 3000 vierkante kilometer. De detectoren signaleren de lawines van secundaire deeltjes, die veroorzaakt worden door inslagen van ultrahoog-energetische deeltjes in de atmosfeer.

– 27 zeer gevoelige telescopen aan de rand van het observatorium vangen fluorescentielicht op dat ontstaat als een deeltjeslawine door de atmosfeer gaat. Deze telescopen werken alleen als het volledig donker is, zonder maan en zonder wolken.

– Bij het observatorium is een centrum waar nieuwe technieken worde ontwikkeld. Bijvoorbeeld om radiosignalen te detecteren die ontstaan door de wisselwerking van een deeltjeslawine met het aardmagnetisch veld en de atmosfeer.

Het Pierre Auger observatorium is bezig om bijna alle 1600 deeltjesdetectoren te voorzien van twee nieuwe detectie-lagen. Allereerst komt er een dunne detector van scintillator op de waterbassins; dit geeft weer een andere manier om de subatomaire deeltjes uit de lawine te detecteren. Daarbovenop komt een radioantenne. Hiermee detecteren we de radiosignalen van met name de meer horizontale deeltjeslawines. Door deze verbeteringen kan het experiment van een veel groter ensemble van kosmische straling bepalen uit welke elementen deze is opgebouwd.

Wat onderzoekt Auger?

Nikhef-onderzoekers bestuderen samen met collega’s bij het Pierre Auger Observatorium deeltjes die een energie hebben tussen 1017 eV en 1020 eV, de hoogste tot nu toe bestudeerde energie.

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. Uit vergelijkingen van de data met modellen kunnen we onderzoeken of er aanwijzingen voor nieuwe fysica zijn bij energieën die we niet op een andere manier kunnen bereiken. Met name de nieuwe scintilator and radiodetectie lagen gaan bij deze studies een belangrijke rol spelen.

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.

Wat is de rol van Nikhef?

Nikhef-wetenschappers hebben samen met internationale collega’s detectiestations voor de bestudering van radiosignalen die ontstaan door de wisselwerking van een deeltjeslawine met het aardmagneetveld en de atmosfeer ontwikkeld. Hierdoor heeft Nikhef nu een leidende rol heeft bij het installeren van radioantennes op de deeltjesdetectoren, maar ook bij het interpreteren van de gegevens die hieruit gaan komen.

Daarnaast heeft Nikhef zowel bij het ontwerp als de productie van de nieuwe dunne deeltjesdetectie laag een grote bijdrage geleverd.

Meer informatie

Fundamenteel onderzoek 

Dit onderzoek is een goed voorbeeld van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek, gericht op het vergaren van basiskennis over alles om ons heen. Aan de basis van dit type onderzoek staat nieuwsgierigheid naar hoe de wereld om ons heen in elkaar zit en hoe het is ontstaan. Veel weten we al, bijvoorbeeld dat alle materie opgebouwd is uit atomen, maar er zijn ook nog veel open vragen.

Fundamenteel onderzoek is niet gericht om op korte termijn toepassingen te realiseren. Toch is één ding zeker: niemand kan voorspellen welke baanbrekende toepassingen op termijn uit het onderzoek zullen voortkomen. De geschiedenis leert dat de fundamentele kennis van vandaag de voedingsbodem is voor de ontdekkingen van morgen.

Website van de Auger-collaboratie