juli 2011: HiSPARC op het Zaanlands Lyceum

Auteur:N.G. Schultheiss
verschenen in: ouderbulletin Zaanlands Lyceum, juli 2011

Het Zaanlands Lyceum neemt met bijna 100 andere scholen deel aan het HiSPARC-project. Excellente leerlingen hebben hierdoor de mogelijkheid om als profielwerkstuk onderzoek te doen aan hoog energetische kosmische straling.

Hoog energetische kosmische straling
Hoog energetische kosmische straling bestaat uit o.a. atoomkernnen die bijna de lichtsnelheid hebben. Op aarde kunnen we deeltjes die zo veel energie hebben nergens maken. De langzaamste kosmische deeltjes die met HiSPARC gemeten kunnen worden, hebben net zo veel energie als de snelste deeltjes die in de LHC bij het CERN in Genève gemaakt kunnen worden. Dus als er met de LHC in botsingen zwarte gaten gemaakt zouden kunnen worden waarin de aarde verdwijnt, was dit door de kosmische straling boven in de dampkring al lang gebeurd. Hier hoeven we dus niet bang voor te zijn.
Met de LHC weten we precies waar de botsing plaatsvindt, voor de kosmische deeltjes is dit moeilijk te bepalen.

Botsingen in de atmosfeer
Als hoog energetische kosmische straling in de atmosfeer op een atoom botst breekt de kern door de enorme energie van het deeltje in kleinere stukken. Volgens de formule van Einstein: E=mc² wordt de energie E omgezet in nieuwe deeltjes met een totale massa m. Omdat we in het begin een hoog energetisch deeltje hebben, ontstaan er enkele deeltjes met wat minder energie, die weer opsplitsen in meer deeltjes met nog minder energie enzovoort, enzovoort. Sommige kosmische deeltjes hebben zo veel energie dat er op het aardoppervlak nog “brokstukken” van dat deeltje gemeten kunnen worden.

Het meetnetwerk
Omdat we niet precies weten waar de hoog energetische kosmische straling op atomen in de atmosfeer botst, hebben we een groot meetnetwerk nodig. Een kaart van dit HiSPARC-netwerk is te vinden op:

    http://www.hisparc.nl/hisparc-data/hisparc-detectormap/

Op de kaart zijn de verschillende meetstations te vinden. In de Zaanstreek zijn er stations met twee detectoren op het Saenredam College en het Zaanlands Lyceum te vinden. Deze worden beiden door het Zaanlands Lyceum beheerd. Verder is er een station met vier detectoren op het SMC.
Als er ergens boven Zaandam een kosmisch deeltje in de atmosfeer vliegt, kunnen we met een beetje geluk brokstukken op het SMC, het Saenredam College en/of het Zaanlands Lyceum meten. Als dit het geval is kunnen we met het aantal gemeten brokstukken (MIP’s of minimal ionising particles) een uitspraak doen over de hoeveelheid energie van het kosmische deeltje in het begin (primary particle).
De richting waarin het kosmische deeltje de atmosfeer is binnengedrongen, kunnen we vinden door te kijken wanneer de brokstukken gemeten worden. Omdat deze deeltjes met ongeveer de lichtsnelheid bewegen, weten we de verschillen in afstand (snelheid maal tijd) tussen de detector en de eerste botsing.

HiSPARC: niet alleen natuurkunde
Tot nu toe zou het idee kunnen ontstaan dat HiSPARC alleen voor natuurkundigen is [1,2]. Dit is niet het geval, er moeten gegevens worden overgedragen van de meetstations naar de centrale data opslag en terug. Deze gegevens moeten met computers worden verwerkt. Er zit dus ook een groot stuk informatica in het project [3]. Verder is er een kans dat je een brokstuk meet of niet. Hier komt wiskunde (statistiek) bij kijken. Misschien hangen de metingen van de stand van de planeten af [4]. Het kan ook zijn dat de meetwaarden afhangen van zaken zoals de temperatuur, de luchtdruk, bliksem etc. Hiervoor moet er gekeken worden welk weer er op ieder moment is en hoe de metingen hiervan afhangen [5] of wat de temperatuur van de detector is. Tot slot heeft kosmische straling invloed op andere natuurkundige verschijnselen [6].

Profielwerkstukken*
HiSPARC profielwerkstukken die al op het Zaanlands Lyceum gemaakt zijn:

    [1] Dylan de Carvalho Cruz en Luciano van der Veekens; De nevelkamer [pdf]
    [2] Olof Olberts; Dualiteit van golven en deeltjes [pdf]
    [3] Rico Giling en Rinske Roeleveld; HiSPARC
    [4] Madina Sarwari en Merve Susam; Komst van de kosmische deeltjes [pdf]
    [5] Steven Asselman; Gemeten pieken aan kosmische straling [pdf]
    [6] Mark Mensink; Kelvindruppelaar [pdf]

*Meer profielwerkstukken van leerlingen kun je bekijken op deze pagina.