Macroscopic modelling of radio emission from ultra-high-energy-cosmic-ray-induced air showers

De aarde wordt dagelijks vanuit de ruimte gebombardeerd door kosmische deeltjes met extreem hoge energieën. Tijdens botsingen in onze atmosfeer ontstaat een lawine van secundaire deeltjes, typisch een miljoen tot een miljard in aantal, welke met de snelheid van het licht richting aarde beweegt. Een netto elektron overschot in combinatie met de afbuiging van elektronen en positronen in het aardmagneetveld geeft aanleiding tot een elektrische stroom in de deeltjes lawine. In het proefschrift wordt de uitgezonden radio straling beschreven die is geïnduceerd door de tijdsvariatie van deze stroom waarbij relativistische effecten in rekening worden genomen. Met name relativistische “Cherenkov” effecten door de eindige luchtdichtheid in onze atmosfeer zijn van cruciaal belang voor een realistische beschrijving van de radio-emissie. Voor het modelleren van de emissie is een computerprogramma ontwikkeld, die publiekelijk verkrijgbaar is. De berekening maakt gebruik van realistische Monte-Carlo simulaties om de stroom- en ladingsverdeling in de deeltjes lawine te verkrijgen. Deze worden vervolgens gebruikt om de radio straling te berekenen. Resultaten van de simulaties laten zien dat het uitgezonden radio signaal goed gebruikt kan worden om de massa van het oorspronkelijke kosmische deeltje te bepalen. Dit geeft de mogelijkheid om de belangrijke vraag over hun oorsprong te beantwoorden. Tevens worden de resultaten van de berekeningen met data vergeleken wat een sterke aanwijzing geeft voor emissie door het netto elektron overschot. Dit is de eerste keer dat dit wordt aangetoond in een natuurlijk proces.