Ausschöpfung des vollen Potentials von LOFAR-Messungen der Massenzusammensetzung kosmischer Strahlung mittels weiterentwickelter Monte-Carlo-Simulationen der Radioemissionen aus Luftschauern

• Antragsteller: Dr. Tim Huege
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445154105

Um den Ursprung der kosmischen Strahlung zu verstehen, sind präzise Messungen der Energie und Masse der ankommenden Teilchen essentiell. Mithilfe der Radiodetektion von Luftschauern konnten bereits sehr präzise Messungen der Massenzusammensetzung kosmischer Strahlung durchgeführt werden, insbesondere durch das Radioteleskop LOFAR. Jedoch nutzen die bisher entwickelte Analysen nicht den vollen Informationsgehalt der Radiosignale aus Luftschauern aus, da zur Begrenzung der benötigten Rechenzeit für die in der Analyse verwendeten Monte-Carlo-Simulationen Signale nur auf einem regelmäßigen Gitter berechnet, zeitlich integrieret und räumlich interpoliert werden. Der damit verbundene Informationsverlust begrenzt derzeit die erreichbare Auflösung der Massenmessungen. In diesem Projekt schlagen wir vor, den vollen Informationsgehalt der durch LOFAR gemessenen Radiosignale auszuschöpfen, indem statt einer Interpolation der zugrundeliegenden Monte-Carlo-Simulationen explizit die Radiopulse an den Antennenpositionen von LOFAR berechnet und mit den Messdaten korreliert werden. Hierdurch erhöht sich allerdings die Dimensionalität des Parameterraums, der duch Monte-Carlo-Simulationen sondiert werden muss, von zwei auf vier Dimensionen. Um die damit einhergehende massive Steigerung der benötigten Rechenzeit zu bewältigen, planen wir die GPU-Parallelisierung der Monte-Carlo-Simulationen von Radioemissionen aus Luftschauern im Rahmen des derzeit neu entwickelten "CORSIKA 8"-Frameworks.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen