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Air shower interferometry to advance astroparticle physics

Descrizione del progetto

Svelare i misteri cosmici con l’interferometria

I raggi cosmici ad alta energia bombardano costantemente la Terra; ciononostante, le origini e i meccanismi di accelerazione alla loro base sono tuttora sconosciuti. Quando queste particelle colpiscono l’atmosfera, innescano cascate di particelle secondarie chiamate «docce d’aria», il cui studio permette di comprendere le interazioni fondamentali tra le particelle; i metodi attualmente impiegati a tal fine, tuttavia, mancano di precisione. Per spingersi oltre i confini della fisica delle astroparticelle, gli scienziati hanno bisogno di strumenti migliori, che siano in grado di ricostruire le proprietà delle docce d’aria. Alla luce di tali premesse, il progetto CR-INTERFEROMETRY, finanziato dal CER, applica l’interferometria allo scopo di analizzare le emissioni radio delle docce d’aria, mettendo in atto una tecnica che consente di migliorare l’accuratezza della ricostruzione e permette di effettuare un esame più approfondito delle particelle cosmiche. Integrando i metodi interferometrici nei principali osservatori, il progetto contribuirà a rispondere a domande astrofisiche fondamentali e a esplorare gli acceleratori più estremi presenti nell’universo.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

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Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2024-COG

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Istituzione ospitante

STICHTING RADBOUD UNIVERSITEIT
Contributo netto dell'UE
€ 3 000 000,00
Indirizzo
HOUTLAAN 4
6525 XZ Nijmegen
Paesi Bassi
Regione
Oost-Nederland Gelderland Arnhem/Nijmegen
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 3 000 000,00

Beneficiari (1)