NUTRIG: neuartige Methoden für reine, effiziente und skalierbare autonome Radiodetektion hochenergetischer Neutrinos und kosmischer Strahlung

• Antragsteller: Dr. Tim Huege; Dr. Markus Roth
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490843803

Der Ursprung der ultrahochenergetischen kosmischen Strahlung – der höchstenergetischen Teilchen im Universum, mit Energien von teils mehr als 10^20 eV – ist auch nach einem Jahrhundert der theoretischen und experimentellen Erforschung noch ein Mysterium. Die Beobachtung kosmischer Neutrinos mit Energien oberhalb von 10^17 eV könnte endlich die Identifizierung ihrer Quellen ermöglichen. Die Messung dieser äußerst schwer detektierbaren Teilchen wäre ein großer Beitrag für die Erforschung der höchstenergetischen Phänomene im Universum, insbesondere in Kombination mit der Beobachtung von Gravitationswellen, Gammastrahlung oder elektromagnetischer Wellen bei anderen Wellenlängen. Einer der vielversprechendsten und am weitesten entwickelten experimentellen Ansätze für die Beobachtung solch hochenergetischer Neutrinos besteht im Aufbau riesiger Radioantennenfelder, auf Flächen von 100.000 km^2 oder mehr, wie insbesondere vom GRAND-Projekt vorgeschlagen. Solche Radioantennenfelder detektieren die gewünschten kosmischen Teilchen (Neutrinos oder kosmische Strahlung) über transiente Radioemissionen der Teilchenschauer, welche diese in der Erdatmosphäre initiieren. Die sehr kostengünstige Radiotechnologie eignet sich hervorragend, um die gigantischen Detektionsflächen zu instrumentieren, die für die Messung der äußerst seltenen Teilchen bei den höchsten Energien erforderlich sind. Allerdings besteht eine große und bisher nicht gelöste Herausforderung in der autonomen Echtzeitunterdrückung von transienten Untergrund-Radiosignalen (wie sie von einer Vielzahl Quellen emittiert werden, etwa Hochspannungsleitungen, Radiokommunikation auf der Erde, Flugzeugen, Gewittern, etc.), welche selbst in entlegenen menschenleeren Gegenden immer noch weit mehr Radiopulse erzeugen als von Luftschauern zu erwarten sind. Mit dem NUTRIG-Projekt möchten wir dieses Problem lösen, indem wir ein System für einen effizienten und reinen Trigger entwickeln, das zu sehr großen Flächen skaliert werden kann, indem es die spezifischen Signaturen von Radiosignalen aus Luftschauern in Abgrenzung zu denen von Untergrund-Radiosignalen ausschöpft. Dieses einzigartige, in Deutsch-Französischer Kooperation entwickelte Projekt, werden wir unter realen Bedingungen mithilfe des GP300-Experiments validieren, einem Pfadfinder-Experiment für das GRAND-Projekt. Die kombinierte Expertise unserer beiden Teams, Experten im Feld der kosmischen Strahlung und der autonomen Radiodetektion von Luftschauern, verleiht uns die besten Voraussetzungen, um diese Herausforderung zu lösen, und damit den Weg für zukünftige gigantische Radiodetektoren für kosmische Teilchen zu ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Kumiko Kotera, Ph.D.; Professor Olivier Martineau-Huynh, Ph.D.