Tuning in on the cosmic rays of the highest energy - searching for GZK-neutrinos with ARIANNA
Astrophysics and Astronomy
Final Report Abstract
Das ARIANNA Experiment ist eines der vielversprechenden Pilotprojekte, die sich die Messung von ultra-hoch energetischen Neutrinos zum Ziel gesetzt haben. Obwohl die Vorhersagen sehr eindeutig sind, ist es bisher noch keinem Experiment gelungen, die nötige Empfindlichkeit zu erreichen um diese Neutrinos zu messen. Dies liegt vor allem an den technischen Hürden, die erst seit wenigen Jahren überwindbar scheinen. Während meines Forschungsstipendiums an der University of California Irvine war ich ein Mitglied der ARIANNA Kollaboration. Meine Arbeit hat entscheidende Beiträge zur Detektion von komischer Strahlung mit den ARIANNA Stationen geleistet. Die Radioemissionen von durch kosmische Strahlung verursachten ausgedehnten Luftschauern, sind Neutrinosignalen sehr ähnlich. Dies birgt zu einem ein Verwechselungsrisiko, aber bietet auch die Chance um die kosmische Strahlung als Kalibrationssignal zu nutzen. Ich konnte zeigen, dass Signale der kosmischen Strahlung mit einer Effizienz von mindestens 99% detektiert und identifiziert werden können, was das Potential der Technologie des ARIANNA Experiments unterstreicht. Basierend auf den Erfahrungen der Pilotprojekte, wird in den kommenden Jahren eine international Kollaboration mit dem Bau eines großen Radiodetektors beginnen und ich freue mich weiterhin ein Teil des Projektteams sein zu können. Meine Arbeit hat außerdem gezeigt, dass die bisherigen Annahmen über das Eis und die Propagation von Signalen zu einfach waren. Effekte wie die horizontale Propagation von Signalen in einem Medium mit einem Dichtheitsgradienten waren zuvor nicht erwartet, da die Signale stets zum dichteren Teil des Mediums gebeugt werden sollten. Unsere experimentelle Arbeit hat Hinweise darauf geliefert, dass horizontale Propagation auftritt. Dies hat deutliche Auswirkungen auf die Empfindlichkeit von Neutrinodetektoren. Theoretisch ist die Propagation höchstwahrscheinlich so zu verstehen, dass das Eis nicht als Medium mit homogenen Gradienten beschrieben werden muss, sondern als geschichtetes Medium. Es wird noch einige Arbeit nötig sein, um diese überraschenden Effekte vollständig zu verstehen und zu beschreiben. Meine Arbeit wurde in einem populär-wissenschaftlichen Beitrag in ROOM - The Space Journal beschrieben und wurde im jährlichen Post-Doc Symposium der University of California Irvine mit einem Publikumspreis belohnt. Darüber hinaus habe ich für das ARIANNA Experiment einen Blog (www.arianna.ps.uci.edu/blog) zu unserem wissenschaftlichen Fortschritt und den Reisen in die Antarktis geführt.
Publications
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(See online at https://doi.org/10.3847/0004-637X/825/2/129) - Cosmic-ray capabilities of the ARIANNA neutrino experiment
. 34th International Cosmic Ray Conference,
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(See online at https://doi.org/10.22323/1.301.0399) - Radio detection of air showers with the ARIANNA experiment on the Ross Ice-Shelf. Astropart.Phys. 90 (2017) 50-68
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(See online at https://doi.org/10.1016/j.astropartphys.2017.02.003) - Recent results from the ARIANNA neutrino experiment
. 7th International Conference on Acoustic and Radio EeV Neutrino Detection Activities,
EPJ Web of Conferences, Volume 135 (2017) 05002
A. Nelles
(See online at https://dx.doi.org/10.1051/epjconf/201713505002)
