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Air shower interferometry to advance astroparticle physics

Projektbeschreibung

Kosmische Geheimnisse mit Interferometrie

Die Erde wird dauerhaft mit hochenergetischer kosmischer Strahlung bombardiert, doch die Ursprünge und Beschleunigungsmechanismen sind unklar. Wenn diese Partikel auf die Atmosphäre treffen, lösen sie Kaskaden von Sekundärpartikeln aus, die als Luftschauer bezeichnet werden. Anhand dieser Schauer können Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen erforscht werden, die aktuellen Methoden sind jedoch nicht genau genug. Um die Grenzen der Astroteilchenphysik zu erweitern, sind bessere Instrumente zur Rekonstruktion der Eigenschaften von Luftschauern notwendig. Daher wird im ERC-finanzierten Projekt CR-INTERFEROMETRY Interferometrie eingesetzt, um die Radioemissionen von Luftschauern zu analysieren. Das Verfahren bietet mehr Rekonstruktionsgenauigkeit, sodass tiefere Untersuchungen kosmischer Teilchen möglich sind. Durch die Integration interferometrischer Methoden in große Observatorien wird das Projektteam zur Beantwortung wichtiger astrophysikalischer Fragen und zur Erforschung der extremsten Beschleuniger des Universums beitragen.

Ziel

The universe hosts a population of subatomic particles with astonishingly high kinetic energies, so-called cosmic rays. Where and how they obtain this energy is unknown. These particles initiate cascades of particles in the atmosphere called air showers. The particle interactions within air showers are not fully understood and probe a regime not easily accessible by particle accelerator experiments.
I developed a new technique that applies interferometry on the radio emission from air showers. It improves the reconstruction accuracy of air shower properties and hence allows for better determination of the features of cosmic particles. The largest facility for ultra-high-energy cosmic ray detection, the Pierre Auger Observatory, is upgrading its infrastructure to include 1660 radio antennas. This CoG facilitates the interferometric technique for the upgrade by deploying an accurate synchronisation system. The Southern Wide-view Gamma-ray Observatory is a next-generation facility, starting construction in 2026. This CoG augments it with 800 antennas to perform interferometry on air showers.
By improving the air shower reconstruction of these facilities, we aim to extend their capabilities to address major open questions in astroparticle physics. Specifically, the combination of particle detection and interferometry is used to reach these objectives:
- Determine which particles contribute to the cosmic-ray flux at the highest energies, by measuring air shower depth.
- Accurately measure the hadronic interactions in air showers, by simultaneously detailed observations of the muon and electromagnetic components of air showers. The same technique is applied over a wide cosmic-ray energy range.
- Observe astrophysical photons with energies above 1015 eV, to identify the most extreme particle accelerators in our galaxy.
This CoG pioneers the interferometric air shower reconstruction on a large scale and will pave the way for its use in future projects.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

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Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2024-COG

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Gastgebende Einrichtung

STICHTING RADBOUD UNIVERSITEIT
Netto-EU-Beitrag
€ 3 000 000,00
Adresse
HOUTLAAN 4
6525 XZ Nijmegen
Niederlande
Region
Oost-Nederland Gelderland Arnhem/Nijmegen
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 3 000 000,00

Begünstigte (1)