NuRadioOpt
Das ERC Starting Grant-Projekt NuRadioOpt wil den Nachweis ultrahochenergetischer (UHE) Neutrinos voranzubringen - extrem seltener Teilchen mit Energien oberhalb von 1017 eV. Die Beobachtung dieser Neutrinos wäre einer der wichtigsten Durchbrüche der Astroteilchenphysik im 21. Jahrhundert und würde einen neuen Zugang zu den gewaltigsten Phänomenen unseres Universums eröffnen.
In diesem Energiebereich ist die Radiodetektion derzeit die einzige realistische Methode. Weil der erwartete Fluss an UHE-Neutrinos jedoch sehr gering ist, werden selbst Observatorien der nächsten Generation voraussichtlich nur wenige Ereignisse pro Jahr registrieren. Umso wichtiger ist es, die Effizienz der Detektoren deutlich zu steigern.
NuRadioOpt begegnet dieser Herausforderung, indem es jüngste Fortschritte im Deep Learning und im differentiellen Programmieren nutzt, um die Leistungsfähigkeit zukünftiger UHE-Neutrinodetektoren deutlich zu steigern:
Optimierung des Designs von Neutrinoteleskopen
Die bevorstehende Bauphase von Observatorien der nächsten Generation bietet eine einzigartige Gelegenheit, ihr Design und ihre wissenschaftlichen Möglichkeiten schon jetzt substanziell zu verbessern.
Steigerung der Nachweisraten von UHE-Neutrinos
Für zukünftige Detektoren vorgesehene, schwellenwertbasierte Triggersysteme werden durch Trigger auf Basis neuronaler Netze ersetzt. Dieser Ansatz soll die Zahl der nachgewiesenen UHE-Neutrinos ohne zusätzliche Hardwarekosten verdoppeln.
Verbesserung des Detektor-Layouts
Eine vollständige End-to-End-Optimierung mittels differentiellen Programmierens wird die Rekonstruktionsgenauigkeit von Neutrinorichtung und -energie deutlich erhöhen.
Der Zeitpunkt dieses Projekts ist ideal, um das Design von IceCube-Gen2 zu beeinflussen, dessen bau in der nächsten Dekade starten soll. IceCube-Gen2 wird in den kommenden jahren die größte Anlage der Astroteilchenphysik für Neutrinos sein. Mit den in NuRadioOpt entwickelten Methoden könnte der In-Ice-Radiodetektor von IceCube-Gen2 bis zu dreimal leistungsfähiger werden und damit Durchbrüche in der Astroteilchenphysik Jahre früher ermöglichen, als derzeit zu erwarten ist.