2. Abschattung Kosmischer Strahlung durch den Mond in IceCube

Einleitung
Neutrinos werden in vielen astrophysikalischen Prozessen erzeugt. Die Vermessung dieser Neutrinos
macht Rückschlüsse auf die zugrundeliegende Physik möglich. Durch Fusionsprozesse werden sie
in jedem Stern erzeugt. Bei einer Sternmasse von etwa dem vierfachen der Sonnenmasse durchläuft
ein Stern eine Supernova. Der innere Kern wird sich nach der Explosion wieder zusammen ziehen.
Da aufgrund des enormen gravitativen Drucks Elektronen und Protonen zusammengedrückt werden,
bilden sich Neutronen und Neutrinos. Somit können sie Informationen über Neutronensterne
und schwarze Löcher übermitteln.[2]
Hochenergetische Neutrinos werden auch in hochenergetischen hadronischen Teilchenreaktionen
der kosmischen Strahlung produziert. Besonders Pionen- und Kaonen-Produktionen sind hierbei
von Bedeutung. Pionen zerfallen bevorzugt zu Myonen, da die Elektronproduktion aufgrund der
Helizität stark unterdrückt ist. Die Myonen zerfallen weiter in Elektron und Neutrino. Somit ergibt
sich ein Neutrinoverhältnis von (¯ν e : ¯ν µ : ¯ν τ ) = (ν e : ν µ : ν τ ) = (1 : 2 : 0), da Tauneutrinos
bevorzugt durch D ± S -Zerfälle entstehen, wobei der Wirkungsquerschnitt für D± S
-Produktionen bei
niedrigen Energien selbst sehr gering ist. [3] Somit können auch über viele andere Quellen Informationen
durch Neutrinos zu uns auf die Erde gebracht werden.
IceCube wurde 2001 geplant um Punktquellen hochenergetischer Neutrinos wie Gamma Ray
Bursts (GRB), Active Galactic Nuclei (AGN) oder Supernovae zu suchen. Weiterhin erhofft man
sich, Informationen über Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) zu erhalten. Zudem motivierte
die Suche nach magnetischen Monopolen und weiteren exotischen Teilchen, sowie nach
weiteren unerwarteten Phänomenen.[4]
Um die Position einer Punktquelle korrekt und um die Genauigkeit der Position angeben zu
können, ist es wichtig, die Winkelauflösung und die Systematik des Detektors zu kennen. Da es
bis zum jetzigen Zeitpunkt keine Standardkerze für Neutrino-Punktquellen gibt, kann die Winkelauflösung
mithilfe von Monte-Carlo-Simulationen bestimmt werden. Hierbei treten jedoch viele
Unsicherheiten auf, wenn die Monte-Carlo-Simulation den Detektor nicht richtig beschreibt.
Der Nachweis von Neutrinos erfolgt wegen des geringen Wirkungsquerschnittes indirekt über
Einfangreaktionen. Hierbei kann man zwischen Wechselwirkungen mit neutralem (NC) und geladenem
(CC) Strom unterscheiden.
ν + N → ν + X (NC) (1.1)
ν + N → l + X (CC) (1.2)
Hierbei steht ν für das Neutrino, N für den Kern, durch den das Neutrino eingefangen wird, l für
das zugehörige geladene Lepton und X für die hadronische Kaskade.
Da der IceCube-Detektor Neutrinos über Leptonen aus der geladene Wechselwirkung detektiert,
werden auch Leptonen aus Luftschauern, die durch hochenergetische kosmische Strahlung
erzeugt werden, gemessen. Für die meisten Messungen in IceCube bilden Myonen ein großes Untergrundsignal,
doch für die Bestimmung der Winkelauflösung bieten sie die einzige experimentelle
Möglichkeit.
Auch für die kosmische Strahlung ist noch keine Standartkerze bekannt, doch bildet der Mond
durch Abschattung der kosmischen Teilchen eine Senke. Da für eine Punktquellensuche auch eine
Punktsenke analysiert werden kann, bietet der Schatten des Mondes in der kosmischen Strahlung
die Möglichkeit, die Winkelauflösung des IceCube-Detektors zu ermitteln.
In dieser Arbeit soll der Schatten des Mondes in der kosmischen Strahlung untersucht werden.
Hierzu wird im zweiten Kapitel die kosmische Strahlung, der Detektor und die Datennahme vorgestellt.
Im dritten Kapitel wird die Analysemethode erklärt. Kapitel vier bietet einen Einblick in
die Umsetzung der Analyse auf einer Graphikkarte. In Kapitel fünf wird zunächst die Analyse getestet,
bevor in Kapitel sechs einige Untersuchungen mithilfe dieser Methode durchgeführt werden.
Kapitel sieben zieht ein Fazit und gibt einen Ausblick für weitere Analysen.
2 RWTH Aachen