Ein großskaliger Radiodetektor für Neutrinosignale im Antarktischen Eis

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anna Nelles
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389908307

Allen wissenschaftlichen Bemühungen zum Trotz sind die Quellen ultra-hochenergetischer kosmischer Strahlung (UHECRs, ultra-high energy cosmic rays) noch immer ein Rätsel. Das hängt vor allem mit den komplizierten Wechselwirkungen geladener kosmischer Strahlung und dem Zusammenspiel mit (inter)galaktischen Magnetfeldern zusammen. Neutrinos, die durch Wechselwirkung mit der kosmischen Strahlung entstehen, enthalten essentielle Informationen über ihre Quellen. Zudem erreichen sie die Erde nahezu unbeeinflusst. Die Messung des Flusses dieser Neutrinos verspricht daher grundsätzlich klärende Aussagen über die Quellen der kosmischen Strahlung. Die Messung setzt einen Detektor für Neutrinosignale oberhalb einer Energie von 10^16 eV voraus. Die Empfindlichkeit bisheriger Detektoren reicht dafür allerdings angesichts des geringen Flusses der Neutrinos nicht aus und lässt sich mit der bisherigen Technologie auch nicht hinreichend steigern, jedenfalls nicht zu finanzierbaren Bedingungen. Eine vielversprechende Alternative ist die Radiodetektion, die es erlaubt bei einer Volumensteigerung von zwei Größenordnungen signifikant empfindlicher zu werden und gleichzeitig zu ähnlichen Kosten technologisch realisierbar zu sein. Die Eignung dieser Methode hat sich in Pilotprojekten bereits erwiesen; für die Entwicklung eines effizienten Detektors sind jedoch weitere Studien erforderlich.Der Antrag legt im Einzelnen dar, dass und warum die Antragstellerin in der Lage ist, im Rahmen des Emmy Noether-Programms den Bau und den Betrieb eines großen Radiodetektors für Neutrinos innerhalb einer breit angelegten internationalen Kooperation erfolgreich voranzutreiben. Sie wird Erfahrungen aus Pilotprojekten mitbringen. Mit ihren Kenntnissen über Radioantennen aus Projekten zur Luftschauerdetektion, über die zugehörige Datenanalyse und die Simulationen, sowie aus den spezifischen Pilotprojekten wird sie beim Design des Detektors eine führende Rolle einnehmen und die wissenschaftlichen Erkenntnisse maßgeblich fördern. Die Radiotechnologie hat großes Potential für die zukünftige Neutrinoforschung und ist ein Feld, auf dem in Deutschland bislang noch kaum geforscht wird, wo aber Forschungsschwerpunkte mit sehr guten Anknüpfungsmöglichkeiten bestehen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen