Bakgrund - Kosmisk strålning

När vi talar om kosmisk strålning talar vi oftast om jon- och partikelstrålning bestående av protoner, heliumkärnor och tyngre joner (men begreppet innefattar egentligen även elementarpartiklar).
Vilka astrofysiska processer som ger upphov till den kosmiska strålningen är fortfarande en gåta, och det pågår mycket forskning kring detta. Bara ett fåtal av dessa partiklar kommer från vårt eget solsystem (då främst från solen) och de har låg energi.

De flesta partiklarna tycks komma från Vintergatan, men de med mycket hög energi kommer troligen från andra galaxer. Troliga källor till energirik kosmisk strålning är bland annat supernovor, aktiva galaxkärnor, neutronstjärnor, pulsarer, kvasarer och jet-strålar från svarta hål.

I och med att strålningen är väldigt energirik är den skadlig för livet här på jorden, men som tur är så är vi skyddade av både atmosfären och jordens magnetfält.
Den kosmiska strålningen består som sagt av partiklar, och när dessa med hög hastighet träffar atmosfären så krockar de med partiklar i atmosfären. Energin i dessa kollisioner är väldigt hög.
Einstein formulerade i sin berömda formel E=mc² att massa och energi egentligen är samma sak, och enligt den principen omvandlas energin i kollisionen till en skur av nya partiklar. Här bildas bland annat elektroner, fotoner och myoner. De detektorer du får använda räknar dessa myoner. Myoner är tyngre släktingar till elektronerna och är relativt enkla att detektera.
Flödet av myoner vid havsytan är ~100 st /m² /s.

Detektorerna består av scintillatorplattor som är kopplade till sensorer som avläser ljuspulser som bildas när partiklar med hög energi träffar plattorna. En scintillator är ett material som avger fotoner när det träffas av partiklar/joniserande strålning. Scintillatorn absorberar en del av en partikels energi och avger fotoner, oftast i form av synligt ljus. Dessa ljusblixtar fångas upp av sensorer som omvandlar ljussignalen till en elektrisk signal. Denna signal behandlas av elektroniken så att vi kan avläsa den.
Sensorerna som fångar upp ljuset är hos oss av två typer. Den ena är fotomultiplikatorer (även kallade PM-rör eller Photomultiplier tubes), den tekniken kräver högspänning (över 100 V). Den andra är är en halvledarkomponent som kan omvandla ljuset till elektrisk signal utan högspänning, den klarar sig med några volt. 

På Vetenskapens hus har vi tillgång till fyra olika varianter av detektorer,

Particle Flux Demonstrator (PFD): den har formen av ett litet rör och består av två scintillatorplattor kopplade till PM-rör.

Två bärbara halvstora myondetektorer i plexiglaslåda: de har också två scintillatorplattor kopplade till PM-rör.

Stora partikeldetektorn: den har tre stora scintillatorplattor kopplade till PM-rör inne i ett vridbart skåp. Den är ungefär 2 m hög och står på hjul.

Lilla my: en liten låda med en scintillatorplatta kopplad till en halvledarsensor. Lådorna kan kopplas ihop med varandra och placeras på valfritt sätt. Det är även tre stycken lilla my som skickas upp med ballong. Fördelen med halvledarsensorn är att den klarar det låga tryck som råder på hög höjd. Fotomultiplikatorerna måste skyddas med en vakuumtålig låda ifall de ska skickas upp till den höjden vi siktar på (minst 30 km), den höga spänningen leder till elektriska överslag när trycket sjunker.

Arbetet kommer att kretsa kring mätningar från väderballongen, men vi gör även jämförande mätningar med våra detektorer på marken.