Die Radio-Detection-Gruppe am Institut für Astroteilchenphysik (IAP)
Einem der größten Rätsel der modernen Physik, nämlich der Erforschung kosmischer Teilchen bei höchsten Energien, widmet die Radio-Detection-Gruppe am IAP durch die Erforschung und Weiterentwicklung der Radiodetektionstechnologie. Diese basiert auf der Messung von extrem kurzen Radio-Impulsen, die durch Teilchenschauer in Luft oder in dichten Medien abgestrahlt werden und mit bodengestützten Detektoren registriert werden. Unsere Gruppe besteht aus Mitgliedern bekannter Experimente wie dem Pierre-Auger-Observatorium, IceCube, LOFAR/SKA und GRAND sowie dem CORSIKA-Simulationscode. Unsere Arbeit deckt alle Hauptbereiche der Analyse, der Entwicklung von Forschungssoftware, der Theorie der Radioemission sowie der Forschung und Entwicklung zur Durchführung von Radiodetektionsexperimenten ab. Wir bieten immer spannende Themen für Bachelor- und Masterarbeiten an.
Der Radiodetektor des Observatoriums, bestehend aus insgesamt 1.660 dual-polarisierten Antennen für den Frequenzbereich von 30 bis 80 MHz, ergänzt das Netzwerk aus Teilchendetektoren und optischen Fluoreszenzteleskopen des Pierre-Auger-Observatoriums. Er erweitert damit die Fähigkeit, ausgedehnte Luftschauer zu beobachten, die durch hochenergetische kosmische Teilchen verursacht werden.
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Die Radiodetektion innerhalb des IceCube-Neutrino-Observatoriums erfolgt auf zwei Weisen. Das IceCube/IceTop Surface Array Enhancement sowie das IceCube-Gen2 Radio Surface Array werden aus Stationen, bestehend aus Szintillatoren und Radioantennen mit einem gemeinsamen DAQ zur Messung von Luftschauern kosmischer Strahlung bestehen. IceCube-Gen2 wird außerdem über eine große Zahl von Radioantennen verfügen, die in das antarktische Eis eingeschmolzen sind, um Radiosignale zu erkennen, die durch extrem energiereiche Neutrino-Wechselwirkungen im antarktischen Eis erzeugt werden.
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CORSIKA ist ein hochentwickelter Monte-Carlo-Simulationscode, der umfassend zur Modellierung der Wechselwirkungen hochenergetischer kosmischer Strahlung mit der Erdatmosphäre eingesetzt wird und wesentliche Einblicke in die Entwicklung und Eigenschaften ausgedehnter Luftschauer liefert. CoREAS ist eine Erweiterung von CORSIKA, die die Radioemissionen eines simulierten Luftschauers berechnet. Der neue CORSIKA 8-Code wird die ursprüngliche FORTRAN-Version von CORSIKA ablösen, um die Community über Jahrzehnte hinweg mit zuverlässigen Simulationen zu unterstützen, und ermöglicht auch Simulationen von Teilchenschauen in dichten Medien wie antarktischem Eis.
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LOFAR (Low-Frequency Array) ist ein bei niedrigen Frequenzen arbeitendes Radioteleskop, das zur Untersuchung astrophysikalischer Phänomene verwendet wird. Dazu zählen Luftschauer kosmischer Strahlung, Pulsare und die Epoche der Reionisierung. Wir sind auch an der Anpassung und Anwendung des Niederfrequenzteils des zukünftigen Square Kilometre Array für die Detektion kosmischer Strahlung beteiligt.
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Die Radiodetektion hat sich als zuverlässige und kostengünstige Technik zur Messung von Teilchenschauern erwiesen, die durch kosmische Partikel in der Atmosphäre ausgelöst werden. Infolgedessen entwickelt sich derzeit eine neue Generation von Radiodetektoren in viel größeren Maßstäben. Das Giant Radio Array for Neutrino Detection (GRAND) ist als ein Antennenfeld von Breitband-Radioantennen konzipiert, die darauf abzielen, durch hochenergetische Neutrinos induzierte Luftschauer zu erkennen. Im Endausbau soll GRAND eine Gesamtfläche von 200.000 km^2 abdecken. Derart großflächige Installationen erfordern Upgrades in Software und Hardware und eröffnen neue Möglichkeiten für theoretische Analysen.
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