Kosmische Stralen Detectie NAHSA

Overzicht Wat is kosmische straling? Waarom willen we dit meten? Waar ontstaat kosmische straling ? Wat kan je op aarde meten ? Waarom willen we dit graag met middelbare scholen doen?

Kosmische Straling Alle deeltjes die vanuit de ruimte op aarde neerkomen wordt kosmische straling genoemd. Kosmische straling bestaat vooral uit: 1) fotonen (licht) 2) protonen (waterstof atomen) 3) stabiele (zwaardere) kernen (C-N-O, Fe)

Kosmische Straling Wij zijn geinteresseerd in metingen aan hoog energetische kosmische straling. We willen graag weten: Hoe en waar ontstaat hoog energetische straling? Waarom kunnen we dit op aarde meten?

Mogelijke bronnen –Quasar Jet is 1 miljoen lichtjaar lang ! 5 miljard lichtjaar van ons vandaan

Mogelijke bronnen -AGN Radio-emissie infrarood

Mogelijke bronnen - pulsar Roterende neutron ster (Circinus op lichtjaar) Genereert V ! 20 lichtjaar lang

INTERMEZZO -AFSTANDEN Straal aarde: m Afstand aarde-maan: m Grootte zonnestelsel: m Grootte melkweg: 50 kpc = m= LY Grootte locale cluster: 1Mpc = 3 MLY Grootte universum: LY = 3 Gpc

Kosmische Straling in de ruimte Geladen kosmische straling wordt in de ruimte afgebogen door magneetvelden en verliest richtinginformatie. Dit is niet het geval voor fotonen. Protonen ed reageren met de achtergrondstraling (fotonen, 3 K), daardoor is de vrije weglengte van elementaire deeltjes met een energie van eV niet meer dan 6 Mpc (locale cluster) (GZK limiet). Dus, er wordt verwacht dat er geen deeltjes van eV op aarde komen

Kosmische straling op aarde Straling botst op de atmosfeer en secundaire deeltjes komen vrij. Deze reageren opnieuw, en zo ontstaat een hele lawine van deeltjes.

Kosmische straling op aarde Straling botst op de atmosfeer en secundaire deeltjes komen vrij. Deze reageren opnieuw, en zo ontstaat een hele lawine van deeltjes. Afhankelijk van de energie begint deze lawine op ongeveer 40 kilometer hoogte. Op ongeveer 10 km hoogte is het aantal deeltjes maximaal. Op aarde zijn alleen secundaire deeltjes over (muonen, electronen, fotonen)

Gemeten Spectrum

Air shower detector -AGASA Deze detector bestaat uit 110 stations over een oppervlak van 100 km 2 Dit is een van de detectoren waarmee de hoogst energetische straling is gemeten

AGASA –Detector station

Agasa -Spectrum AGASA heeft 8 events gezien met een energie van meer dan eV Hoogst energetisch event, laat deeltjes achter op een gebied van 15 km 2

Onze Detector –NAHSA Pilot-run: 2 middelbare scholen + universiteit. Volledige detector: Alle middelbare scholen in Nijmegen (10) Uitbreiding: Meerdere stations (28)

Bepaling van de deeltjes dichtheid Met twee detectoren meten we hoeveel deeltjes er per 0.5 m2 op aarde terecht komen. Twee detectoren zijn noodzakelijk om laag energetische kosmische straling niet mee te nemen

Detector setup

Simulatie We simuleren straling over een gebied van 150 km 2 De uitgestrektheid van de shower komt overeen met de metingen van AGASA

Detector response

Hoeveelheid verwachtte data –Energie > eV 5.2 events/dag –Energie > eV 3.9 events/dag –Energie > eV 0.5 events/dag –Energie > eV events/dag

Flux Standaard setup Uitgebreide setup

Detector uitlezing Indien er een geladen deeltje door de scintillator gaat, ontstaat er een lichtflitsje. Dit lichtflitsje wordt door een photomultiplier omgezet in een electrisch signaal Dit signaal wordt vervolgens vergeleken met een drempelwaarde, en naar de computer doorgestuurd Vanuit de lokale computer wordt de informatie via het internet naar de universiteit doorgestuurd

Aandachtspunten detector Detector MOET op het dak, dwz er mag geen obstructie zijn Er moet hoogspanning (lokaal gemaakt…), signaal kabels en mogelijk netspanning naar de detector toe De detector moet toegankelijk zijn voor eventueel reparatie werk

Aandachtspunten data- verwerking De uitlezing gaat via het internet naar de universiteit. De hoeveelheid data moet niet te groot zijn Gegevens van verschillende detectoren kunnen op iedere school zichtbaar gemaakt worden, we streven naar ‘real time’, dus snel na datanemen zijn verwerkte gegevens zichtbaar

Waarom scholen? Goede infrastructuur is aanwezig Mankracht voor onderhoud/signaleren problemen Outreach: leerlingen laten zien wat wetenschappelijk onderzoek is Leerlingen actief mee laten doen in de vorm van projecten

Mogelijke leerling projecten Werking detectorstation (met hulp vanuit de universiteit) Kosmische straling (literatuur onderzoek) Het internet (literatuur/praktisch) Tijd en positiebepaling: GPS (literatuur/praktisch)

Mogelijke leerling projecten Kombinatie van metingen van stations. Wie was het meest efficient? Wat was de hoogst gemeten energie? (met hulp uit universiteit) Bepaling levensduur muon (hiervoor moet detectorstation tijdelijk veranderd worden) Afhankelijkheid atmosferische toestand …….