Neutrinos detecteren in groenland
Een astrodeeltjesfysicus wenst bij te leren over het heelal: Hoe gebeuren
supernovas (het ontploffen van sterren)? Welke processen gebeuren er rond
zwarte gaten? Wat gebeurt er exact bij de vorming van een zwart gat?... In
tegenstelling tot een theoretisch fysicus zal de astrodeeltjesfysicus niet
theoriën proberen uitvinden, hij zal deze testen. Een astrodeeltjesfysicus
kijkt naar subatomaire deeltjes, zoals het electron of de proton, die komen van
deze speciale evenementen en gebruikt deze informatie voor allerhanden
doeleinden.
Een leuk deeltje in de toolbox van de astrodeeltjesfysicus is de neutrino, een
zeer licht en zeer zwak interageerend deeltje waarvan er per seconde gemiddeld
100 triljoen op elk moment door uw lichaam bewegen. Door haar lage kans op
interacties kan ze ongehinderd zich vanuit een supernova naar de aarde
verplaatsen. Als een neutrino dus op aarde wordt gedetecteerd en de richting
kan vernomen worden zijn we vrijwel zeker te weten waar ze vandaan komt.
Wegens deze handige eigenschappen van de neutrino zijn er al verscheidene neutrinodetectoren gebouwd.
Maar deze detectoren zijn vaak te klein om neutrinos met heel grote energiën te meten, dewelke
met de straling van de oerknal zouden gereageerd hebben.
Om deze hoog energetische neutrinos te kunnen observeren in menselijke tijdsperiodes is een grote detector nodig.
Om deze reden werd de \textit{Radio Neutrino Observatory in Greenland} of RNO-G gebouwd, een
neutrino detector gebaseerd in het Groenlandse ijs.
Als een neutrino, bijvoorbeeld komende van een zwart gat, zich verplaatst in
het ijs kan deze radiogolven produceren, RNO-G wenst deze radiogolven te
detecteren aan de hand van sensoren diep in het ijs. Aangezien deze detector
gebaseerd is op het principe van daarin verplaatsende radiogolven is het zeer
belangrijk de optische eigenschappen van het ijs te kennen. Een zeer
belangrijke eigenschap is hoe de index van refractie (hoe licht buigt door het
medium, denk bijvoorbeeld aan je hand net onder water in een zwembad) varieert
met de diepte in het ijs. Een model die deze variatie modelleert wordt een
ijsmodel genoemd.
Het ijsmodel die door het team van RNO-G wordt gebruikt is een exponentiële
functie, deze functie kan echter niet volledig overeenstemmen met de realiteit.
Om beter te kunnen omgaan met ingewikkeldere ijsmodellen die wel beter het ijs
zouden beschrijven heb ik in deze thesis een nieuw algoritme gemaakt die dat
mogelijk maakt. Maar om te weten of het nodig is om een moeilijker ijsmodel te
gebruiken dienen we het ijs eerst te meten.
Om de eigenschappen van het ijs te meten heb ik gebruik gemaakt van
weerballonnen (niet de Chinese versies). Er passeren verscheidene
weerballonnen over de detector dewelke een radio antenne hebben, wij kunnen de
positie van de weerballon en de gedetecteerde straling (komende van de
weerballon) gebruiken om meer te weten te komen over het ijs. Een illustratie
van hoe zo'n ballon passeert aan een detector is op de figuur weergegeven.
Na het uitvoeren van deze metingen bleek dat het exponentiële model wat gehanteerd werd weldegelijk
niet goed de eigenschappen van het echte ijs benadert, en er zal dus een nood zijn om een moeilijker
ijsmodel te maken.
