Kosmische Straling. Vincent de Weger Pim van den Berg Robin Jastrzebski

Transcriptie

1 Kosmische Straling Vincent de Weger Pim van den Berg Robin Jastrzebski 11 februari 2005

2 Inhoudsopgave Een Woord Vooraf ii 1 Kosmische Straling Ontdekking Wat is het? Mysterieuze Deeltjes HiSPARC Muonen De Detectors Componenten De Scintillator De Lichtgeleider De Photo-Multiplier Tube De Red Box GPS De Bouw Calibratie Het Uitgangssignaal Plaatsafhankelijkheid Opstelling Meetresultaten Het Geval Midden Conclusie Synchroniseren Efficiëntie De Uiteindelijke Opstelling Full-Spectrum Scans Het Dak Op A Grafieken 16 B Logboek 21 C Procesverslag 23 i

3 Een Woord Vooraf In het voorjaar van 2004 hebben wij meegedaan aan het HiSPARC project. Dit is een project waarbij middelbare scholieren, onder begeleiding van studenten en wetenschappers, meedoen aan een onderzoek naar kosmische straling. Tijdens de weken waarin we met dit project bezig waren, hebben we onder andere meetapparatuur gebouwd en getest, en een goede indruk gekregen van hoe wetenschappelijk onderzoek tegenwoordig te werk gaat. Uiteraard leent een dergelijk project zich uitstekend voor een profielwerkstuk, en dat is ook de reden waarom dit verslag voor u ligt. We hebben geprobeerd in dit werkstuk een overzicht te schetsen van wat we voor het project gedaan hebben. Hier hebben we natuurlijk vooral de aandacht gericht op het onderzoek zelf, en enige achterliggende theorie die voor het begrijpen hiervan noodzakelijk is. Natuurlijk hebben we meer gedaan dan alleen maar onderzoek, onder andere grote hoeveelheden thee geconsumeerd, en het over minder natuurkundig relevante zaken gehad, maar deze zijn voor de lezer hoogstwaarschijnlijk niet zo interessant, hoewel het niet ongezegd mocht blijven dát het gebeurd is. Alvorens over te gaan tot het verslag zelf, willen we de mensen die ons tijdens HiSPARC hebben begeleid bedanken. Dit zijn Emanuel (uit Italië), Ruud hij weet alles, maar nog niet genoeg Breukink en Gert-Jan Nooren. Zij hebben uitermate veel geduld getoond met onze toch wat beperkte natuurkundige kennis, en ons meestal toch vrij snel in de juiste richting weten te wijzen. Tot zover dit woord vooraf! Vincent de Weger Pim van den Berg Robin Jastrzebski ii

4 Hoofdstuk 1 Kosmische Straling Zoals uit de titel duidelijk mag zijn gaat dit Profielwerkstuk over kosmische straling. Omdat dit nogal een vaag begrip is zullen we in dit eerst uitleggen wat kosmische straling precies is. Ook zullen we proberen duidelijk te maken wat we met dit onderzoek te weten willen komen, en wat de theorie is achter de detectie-methoden die gebruikt worden. 1.1 Ontdekking Straling is een verzamelnaam voor een groot aantal natuurkundige verschijnselen, die grofweg onder zijn te verdelen in ioniserende straling en nietioniserende straling. De laatste is vaak straling met een lage energie-waarde, zoals zichtbaar licht, terwijl ioniserende straling een zodanige energie heeft dat het electronen in atomen los kan slaan, en daarmee moleculen kan beschadigen. Van de laatste is radioactieve straling, straling uitgezonden door verval van atoomkernen, de meest bekende. Deze straling was aan het begin van de twintigste eeuw al bekend, en men wist dat de aardkorst radioactieve stoffen bevat, zoals Uranium. Het was dus aannemelijk dat de achtergrondstraling die men kon meten als er geen radioactieve stoffen in de buurt waren geheel van de aardkorst afkomstig waren. Om dit te bewijzen nam de wetenschapper Victor Hess een apparaat om straling mee te detecteren mee in een luchtballon. Als de straling van de aarde zou komen, zou er hoger in de lucht minder straling moeten zijn: de tussenliggende lucht absorbeert immers een deel van de straling. Dit leek in eerste instantie te kloppen, terwijl Hess hoger kwam, meette zijn apparaat minder stralingsdeeltjes. Maar toen hij eenmaal op een hoogte van honderd meter was, begon de hoeveelheid straling weer toe te nemen! Dit betekende dat de achtergrond straling dus niet alleen afkomstig kan zijn van de aardkorst, maar een deel moest uit het heelal komen. 1.2 Wat is het? Kosmische straling bestaat uit een aantal verschillende soorten deeltjes: een aantal daarvan atoomkernen van elementen zoals helium en natrium, een ander deel zijn losse protonen met grote hoeveelheden energie. Op het moment dat deze deeltjes met deeltjes in de atmosfeer botsen, komt er een grote hoeveelheid energie vrij en vervallen ze tot kleinere deeltjes met een lagere energie: deze secundaire deeltjes zijn de kosmische straling die we op het aardoppervlak kunnen meten. Overigens is deze kosmische straling niet gevaarlijk voor mensen: slechts 8% van de achtergrondstraling op aarde is afkomstig uit de kosmos, de rest is afkomstig van radioactieve stoffen uit de aardkorst. Zelfs deze totale achtergrondstraling is zo gering dat het menselijk lichaam daar nauwelijks schade van ondervindt. Een groot deel van de kosmische straling komt van de zon. Dit is niet zo vreemd, want de zon is in feite een gigantische kernfusie-reactor, en staat van alle sterren het dichtst bij de aarde. Een klein deel van de straling komt dus ook van andere sterren, maar deze staan te ver weg om echt aan de hoeveelheid straling bij te dragen. Er zijn wel andere kosmische verschijnselen die met name voor kosmische deeltjes met een hogere energie zorgen. Voorbeelden zijn novae, sterren die aan het eind van hun leven hun buitenste lagen met grote snelheid afstoten, of supernovae, imploderen- 1

5 HOOFDSTUK 1. KOSMISCHE STRALING 2 Tabel 1.1: Flux van Stralingsdeeltjes Figuur 1.1: Een Regen van Deeltjes Energie (ev) Flux /cm 2 /s /m 2 /s /m 2 /j /km 2 /j > /km 2 /100j? de sterren, waarbij grote hoeveelheden energie vrijkomen, en dus ook stralingsdeeltjes. Ook sommige nevels en gaswolken kunnen magnetische geladen zijn, en daardoor stralingsdeeltjes met behoorlijke snelheden afschieten. 1.3 Mysterieuze Deeltjes De deeltjes waaruit kosmische straling bestaat hebben verschillende energieën 1, waaruit meestal kan worden afgeleid waar het vandaan komt: deeltjes met weinig energie zijn vaak afkomstig van onze zon, terwijl deeltjes met meer energie vaak afkomstig zijn van andere verschijnselen binnen (of soms zelfs buiten) onze melkweg. Zoals te verwachten is, komen deeltjes met een lager energieniveau vaker voor dan die met een hoger energieniveau. Deeltjes met energieën variërend tussen de 100 MeV 2 en 10 GeV komen vrij vaak voor, zoals in tabel 1.1 te zien is, en zijn gemakkelijk waar te nemen. Het waarnemen van deeltjes met extreem hoge energieën is een stuk lastiger, omdat je maar net geluk moet hebben dat je detector daar staat waar het deeltje terecht komt. Uiteraard zijn het juist deze deeltjes die we willen meten! Van de deeltjes met lage energieniveaus is namelijk wel duidelijk waar ze vandaan komen, maar van de hoog-energetische deeltjes is dit niet het geval: er zijn in onze melkweg namelijk geen (bekende) bronnen die een enkel deeltje zo n grote hoeveelheid energie mee kunnen geven. Ook als 1 Bij de snelheden die kosmische deeltjes bereiken is de massa door relativistische effecten afhankelijk van de snelheid. Een versnelling van zo n deeltje levert dus automatisch extra massa op, en is noch massa, noch snelheid alleen veelzeggend over de eigenschappen van zo n deeltje. 2 Vanwege de geringe hoeveelheid energie die één stralingsdeeltje bevat, wordt deze gemeten in elektrovolts. 1eV = J we buiten ons melkwegstelsel kijken, zijn er weinig bronnen waarvan we weten dat ze dergelijke straling kunnen produceren. Door deze deeltjes te meten en te kijken waar ze vandaan komen is het mogelijk om te achterhalen welk fenomeen ze doet onstaan, en onze theorieën daarop aan te passen. 1.4 HiSPARC Maar als die deeltjes zo zeldzaam zijn, hoe detecteer je ze dan? Je hebt een detector nodig met een erg groot oppervlak, maar één detector van kilometers groot bouwen is natuurlijk niet erg praktisch. Zoals al eerder gezegd valt een stralingsdeeltje uit elkaar op het moment dat het met andere deeltjes in de atmosfeer botst. Er ontstaat dan een zogenoemde shower van secundaire deeltjes zoals muonen, zie figuur 1.1. Deze showers kun je met een paar kleinere detectoren binnen het gebied waar de shower terechtkomt meten: door de hoeveelheid deeltjes die je meet krijg je een indicatie van de hoeveelheid energie van het primaire deeltjes, en uit het tijdsverschil waarop de shower wordt gemeten valt de richting af te leiden. In figuur 1.2 wordt duidelijk gemaakt hoe dit werkt. Door de secundaire deeltjes te meten is er slechts een netwerk van kleine detectors nodig. Hiervoor

6 HOOFDSTUK 1. KOSMISCHE STRALING 3 Figuur 1.2: Detectie van een Shower is het HiSPARC 3 -project opgericht: het bleek namelijk dat middelbare scholen precies de juiste afstand tot elkaar hebben om detectors te plaatsen. En het gebruik van middelbare scholieren heeft natuurlijk ook andere voordelen: het zijn goedkope arbeidskrachten, en misschien kan je ze tot een studie Natuur- en Sterrenkunde verleiden. In Nederland draait het HiSPARC-project inmiddels al in vijf plaatsen: Leiden, Groningen, Amsterdam, Nijmegen en Utrecht. Het geheel wordt gecoördineerd door het NIKHEF 4 te Amsterdam. Het is de bedoeling om uiteindelijk het grootste detectie-netwerk ter wereld te bouwen, opdat zoveel mogelijk showers gemeten kunnen worden. 1.5 Muonen In een shower van secundaire deeltjes ontstaan een groot aantal verschillende subatomaire deeltjes, zoals pionen, muonen en electronen. Van deze deeltjes zijn we vooral geïnteresseerd in de muonen, deze hebben namelijk voldoende energie om goed meetbaar te zijn, en buigen niet snel af: dit is belangrijk om de richting van het primaire deeltjes te kunnen bepalen. Wat zijn deze muonen nou eigenlijk? Volgens het standaard model zijn het leptonen van de 2e generatie: ze zijn dus vergelijkbaar met electronen (wat een lepton van de 1e generatie is), en hebben net zoals electronen een lading van 1. Het grote verschil tussen electronen en muonen is de massa: deze is namelijk 207 keer zo groot als een electron. In een shower onstaan ook anti-muonen: muonen die een positieve lading hebben. Muonen zijn echter geen stabiele deeltjes: na ongeveer twee microseconden vervalt het tot een electron en twee neutrino s. Maar, is die twee microseconden wel genoeg om het aardoppervlak te bereiken? Muonen reizen met een snelheid die vrij dicht bij de snelheid van het licht ligt, dus een snelle rekensom (0.999c m) leert ons dat het muon niet veel verder dan een halve kilometer komt. Als het muon dus hoog in de atmosfeer ontstaat, zou je het nooit op aarde kunnen meten. Gelukkig komt de relativiteitstheorie van Einstein ons te hulp: volgens deze theorie treedt er bij objecten die ten opzichte van de waarnemer snel bewegen tijdrek plaats: in het waargenomen object lijkt de tijd zich langzamer te verstrijken, volgens de volgende formule: ( ) v 2 T 1 = T 0 1 c 2 (1.1) Waarin T 1 de tijd is die in het bewegende voorwerp verstrijkt, en T 0 de tijd zoals die door de stilstaande waarnemer wordt gezien. Als we dus als T 1 de vervaltijd van 2µs invullen: T 0 = 1 ( ) (0.999c) 2 c s (1.2) Als dit het geval is, zien we het muon zo n 45µs, en kan hij dus c m afleggen, oftewel zo n 13km, genoeg om het aardoppervlak te bereiken. Gelukkig, we kunnen de muonen meten! 3 High School Project on Astrophysics Research with Cosmics 4 Nationaal Instituut voor Kernfysica en Hogeenergiefysica

7 Hoofdstuk 2 De Detectors Om de kosmische straling te meten moeten we dus muonen meten, en zoveel mogelijk gegevens registreren en opslaan. Daarvoor is natuurlijk een detector nodig: en omdat deze detectors niet zomaar in de winkel te koop zijn moeten deze zelf gebouwd worden. Daarom nu een beschrijving van hoe deze detectors werken, hoe ze in elkaar zouden moeten worden gezet, en welke problemen we daarbij hebben ondervonden. 2.1 Componenten De Scintillator Het belangrijkste onderdeel van de detector is de zogenaamde scintillator. Dit is een plaat van een speciaal materiaal dat electrisch geladen deeltjes, zoals muonen en electronen, energie doet afstaan. Deze energie wordt afgegeven in de vorm van fotonen, dus als er een muon door de plaat gaat wordt deze zichtbaar gemaakt door een (erg zwak) lichtspoor. Het materiaal is transparant, dus kunnen de fotonen uiteindelijk terechtkomen in de photomultiplier tube (PMT), waar ze worden omgezet in een electrisch signaal. Het materiaal waar de scintillator uit bestaat is op speciale wijze gepolijst. Door deze manier van polijsten blijft er zoveel mogelijk licht in de plaat, wat ervoor zorgt dat de sterkte van het signaal zo groot mogelijk is. De scintillator is ingepakt in een laag aluminium-folie: dit moet er voor zorgen dat licht dat eventueel de plaat verlaat alsnog terug de plaat in wordt weerkaatst. Om de laag aluminiumfolie heen zitten twee lagen landbouw plastic, die ervoor moeten zorgen dat er geen licht van buiten in de scintillator komt. Licht van buiten zou metingen immers ernstig verstoren. De scintillator-plaat mag niet met de hand worden aangeraakt, om de polijst-laag niet te beschadigen. Deze is namelijk erg gevoelig, en eventuele beschadigingen gaan ten koste van de hoeveelheid licht die uiteindelijk gemeten kan worden. Dat is natuurlijk jammer, want de lichtopbrengst is de belangrijkste factor in de nauwkeurigheid van de detector De Lichtgeleider Aangezien de PMT slechts een klein apparaatje is, en het scintillator-materiaal slechts in rechthoekige blokken wordt geleverd is er een manier nodig om toch al het licht in de PMT te krijgen. Daarom wordt er een lichtgeleider aangebracht: een plaat perspex 1 dat aan één uiteinde even breed is als de scintillator-plaat, en aan het andere einde slechts zo breed als de PMT. Doordat het licht dat op de zijdes valt dat meestal met een vrij extreme hoek doet, wordt bijna al het licht richting PMT geleid. Ook de lichtgeleider is in een laag aluminiumfolie verpakt met er omheen twee lagen landbouwplastic. De scintillator en de lichtgeleider zijn op elkaar gelijmd omdat je dan geen last hebt van breking van licht op de grensvlakken van de twee platen. Een andere reden is dat het een stevige verbinding geeft tussen de twee onderdelen De Photo-Multiplier Tube Aangezien het lichtsignaal dat uit de scintillatorplaat komt bijzonder zwak is, moet het versterkt worden, en er moeten ook metingen mee verricht 1 Deze stof laat uitstekend licht door. 4

8 HOOFDSTUK 2. DE DETECTORS 5 Figuur 2.1: Photo Multiplier Tube kunnen worden, dus moet het signaal worden omgezet in een electrische stroom. Dit is precies wat de Photo-Multiplier Tube doet. Wanneer een foton in de PMT valt, botst deze met een kathode, waar het foto-electrisch effect optreedt: een electron wordt losgeslagen door het invallende foton. Tussen de anode en de kathode staat een respectabele spanning (zo n 1000 V), dus het losgeslagen electron wordt onmiddellijk richting anode getrokken. Tussen kathode en anode staan een aantal plaatjes (zogenaamde dynodes), zodanig aangesloten dat er een oplopend spanningsverschil is: telkens wanneer een elekron op een dynode botst worden daar electronen losgeslagen, die naar de volgende dynode worden aangetrokken. Daar herhaalt het proces zich, en met een aantal dynodes achter elkaar kan één electron gemakkelijk voor een uitgangssignaal van tienduizenden electronen zorgen De Red Box De Red Box 2 is een kastje waarop twee scintillators op kunnen worden aangesloten. Het zorgt zowel voor de stroomvoorziening, als enige rudimentaire verwerking van de binnenkomende signalen. In feite is het een veredelde pulsenteller: elke keer als een puls een piek heeft die groter is (in voltage) dan een ingestelde waarde wordt een uitgangssignaal afgegeven (naar bijvoorbeeld een computer). Als er twee scintillators zijn aangesloten geeft het kastje alleen een puls af wanneer er van beide binnen een bepaalde tijd (1µs) een signaal wordt ontvangen. Dit maakt het mogelijk om zogenoemde coïncidenties te meten: zie daarvoor hoofdstuk Het heeft ook de bijnaam NIKHEF-Kastje GPS Het Global Positioning System is waarschijnlijk wel bekend: het is een systeem waarbij gebruik wordt gemaakt van satellieten om zeer nauwkeurig een positie te bepalen. Een minder bekende mogelijkheid van het GPS is om de tijd te bepalen. Dit is noodzakelijk voor het onderzoek, want om de richting van het oorspronkelijke deeltje te kunnen bepalen, moeten de gegevens van verschillende meetstations met elkaar vergeleken worden. Omdat er vaak slechts tijdsverschillen van microseconden zullen zijn tussen de detectie bij twee verschillende stations, moeten de klokken zeer nauwkeurig op elkaar zijn afgestemd. Door GPS is het mogelijk elke meting een timestamp mee te geven, die met elkaar vergelijkbaar zijn, en uitermate nauwkeurig. 2.2 De Bouw De bouw begon met het inpakken van de scintillator. Dit moest met handschoentjes aan gebeuren om ervoor te zorgen dat de scintillator geen beschadigingen oploopt. Eerst werd alles ingepakt in een laag aluminiumfolie, vervolgens in twee lagen landbouwplastic. Het zelfde moest gebeuren met de lichtgeleider. Aan de beide onderdelen hadden wij een klein stukje opengelaten om het lijmen makkelijker te maken. De scintillator en de lichtgeleider hebben we toen op elkaar gelijmd. Voordat we gingen lijmen hebben we eerst een houten constructie gemaakt om de scintillatorplaat en de andere onderdelen te ondersteunen, opdat de lijmnaden niet zouden breken. De houten constructie bestond uit een houtenbalk met daarop aan het eind twee plankjes even breed als de scintillator. Dit was handig omdat we de platen dan verticaal konden lijmen. Doordat de platen rechtop staan kan de lijm optimaal uit harden doordat de platen op elkaar worden gedrukt door de zwaartekracht. Er moest ook een klein tussenoogje geplaatst worden om een zo optimaal mogelijke licht geleiding te krijgen. De PMT werd toen op de lichtgeleider gelijmd. Een van de licht geleiders is enkele malen afgebroken. Dit kwam doordat de scintillator plaat en de licht geleider te dicht op de houten constructie zaten. Dit probleem is opgelost door er kleine stukjes hout tussen de lichtgeleider en de

9 HOOFDSTUK 2. DE DETECTORS 6 houten constructie te plaatsen. Tenslotte moest de PMT aangesloten worden op de Red Box. Voordat we de PMT konden gebruiken moesten we eerst de connectors aan de PMT bevestigen. Een 5-pins connector werd aangesloten op de 5 draden die de PMT van stroom voorzien. De draden moesten in de slots gesoldeerd worden, wat niet geheel vlekkeloos verliep vanwege de (afwezigheid van) soldeerkwaliteiten van de groep. Vervolgens werd er een verlengsnoer met 5-pins connectoren gemaakt, omdat de draden aan de PMT te kort zijn. In deze kabel werd ook een potmeter ingebouwd, zodat de spanning in de PMT geregeld kan worden. Aan de PMT zit een ook een aansluiting voor een coax-kabel, om het uitgangssignaal door te geven. Er was voldoende coax-kabel, dus hier hoefden verder geen speciale draden voor gemaakt te worden. Aangezien een detectiestation uit twee scintillators bestaat moest het hele proces tweemaal doorlopen worden. Het grootste probleem wat we tegen kwamen bij de bouw is dat we niet wisten hoe The Red Box werkte. Dit hebben we dan ook eerst met een aantal mensen onderzocht door gericht bepaalde functies te bekijken. Zo bleek dat als er binnen 2 µs op bij de platen een muon in valt dit wordt gezien als een geldige meetwaarde. Als het interval groter wordt, worden de meetwaarde niet verwerkt.

10 Hoofdstuk 3 Calibratie Voordat de gebouwde detectors daadwerkelijk ingezet kunnen worden moet er nog een hoop werk verricht worden. Ten eerste is het belangrijk om te weten hoe de signalen die uit de apparaten komen corresponderen met de werkelijkheid. Daarvoor moeten eerst experimenten gedaan worden om te bepalen hoe de detectors werken. Ten tweede moeten de apparaten bij dezelfde gebeurtenissen ook dezelfde uitgangssignalen geven, zodat het mogelijk is verschillende detectors met elkaar te vergelijken. In dit hoofdstuk beschrijven we de verschillende experimenten die we gedaan hebben om de detectors op elkaar af te stemmen, en beter te begrijpen hoe ze werken. We zullen hier verwijzen naar de vier verschillende detectors, genaamd A tot en met D. Detectors A en B zijn gemaakt door de eerste ploeg in het najaar van 2003, detectors C en D zijn degene die door deze ploeg in het voorjaar van 2004 zijn gemaakt. 3.1 Het Uitgangssignaal Zoals in het vorige hoofdstuk beschreven komt uit de detector uiteindelijk een elektrisch signaal, maar om iets zinvols met dit signaal te kunnen doen, is het noodzakelijk te weten wat dit signaal voorstelt. Op het moment dat een muon-deeltje door de scintillator heen gaat, raken er electronen in het scintillator-materiaal in een aangeslagen toestand, aangezien een muon een geladen deeltje is: bij dit proces verliest het muon energie. Wanneer deze electronen terugvallen in hun oude baan worden fotonen uitgezonden, en er ontstaat in de scintillator een (zwak) lichtspoor. Een deel van de fotonen zal verloren gaan, doordat het door de buitenzijde van de detector geabsorbeerd wordt, een ander deel zal in de Photomultiplier Tube tot een meetbaar stroompje worden omgezet. Dit proces is in formules als volgt te beschrijven: E ionisatie = E foton n fotonen (3.1) In deze vergelijking is E ionisatie de energie die het muon verliest en wordt omgezet in aangeslagen electronen, en vervolgens n fotonen fotonen, met een energie van E foton (hierbij gaan we er voor het gemak even van uit data alle fotonen een gelijke frequentie hebben). Q = n fotonen η e n P MT (3.2) In deze formule is het verband tussen het aantal fotonen en de uiteindelijk meetbare lading aangegeven, slechts een fractie η wordt tot een electron met lading e omgezet. Elk electron in de PMT slaat vervolgens n P MT electronen los, waardoor uiteindelijk een lading Q meetbaar is. Doordat n P MT in de orde van 10 5 tot 10 8 kan zitten is het mogelijk zelfs met een gering aantal fotonen een meetbare stroom te produceren. De meetapparatuur is echter zo ingericht dat het de spanning meet, en niet de daadwerkelijke lading, volgens U = IR en I = Q t is volgende formule voor de spanning te verkrijgen: U = n fotonen η e n P MT R t (3.3) Waarbij U de gemeten spanning in een puls is, t de duur van de puls, en R de weerstand over de draad. Hoewel dit uiteraard alleen bij een vierkante puls geldig is, geeft dit wel correct aan dat er een direct verband bestaat tussen de gemeten spanning en de energie afgegeven door het muon 7

11 HOOFDSTUK 3. CALIBRATIE 8 bestaat: men mag dus ook zeggen dat de gemeten spanning een maat is voor de hoeveelheid energie afgegeven door het muon. Hierbij moet wel de opmerking gemaakt worden dat de energie afgegeven door het muon niet evenredig is met de energie van dat muon! 3.2 Plaatsafhankelijkheid Om zinvolle metingen met de apparatuur te kunnen doen, is het uitermate van belang om te weten hoe deze zich onder verschillende omstandigheden gedraagt. Eén van de onzekerheden was of de plaats waar een deeltje op scintillator inslaat van belang is voor het uitgangssignaal. De plaat is immers een meter lang, en fotonen die achterin de plaat ontstaan, zouden best eens meer kans kunnen hebben verloren te gaan dan fotonen die voorin ontstaan. Daarom hebben we een onderzoek uitgevoerd om te bepalen of dit inderdaad gebeurd, en indien dat het geval is, hoe groot dat effect is Opstelling In eerste instantie hebben we natuurlijk een manier nodig om te bepalen of er een muon door de scintillator-plaat is gegaan. Hiervoor hadden wij twee kleine scintillatoren tot onze beschikking, met een oppervlakte van 100 cm 2. Deze werden aangesloten op een verwerkingskast, met één uitgang, die een vierkante puls geeft wanneer beide scintillatoren een puls geven. Waarom twee kleine detectoren? Het scintillatormateriaal is gevoelig voor alle geladen deeltjes, dus ook electronen. Een electron heeft echter zo weinig energie dat het een botsing met de scintillator niet overleeft: alle energie wordt omgezet in fotonen. Dit heeft als gevolg dat een electron dat door de kleine scintillator gemeten wordt, nooit door de grote gedetecteerd kan worden, en dat is nou juist precies wat we wel willen. Door twee kleine scintillators te gebruiken, en pas een trigger af te geven wanneer er door beiden een deeltje is gegaan, weten we zeker dat ook de grote plaat het waar kan nemen. Voor dit onderzoek gebruikten we in eerste instantie plaat B. Het uitgangssignaal van deze scintillator sloten we aan op een A/D-omzetter zodat de meetgegevens met de computer verwerkt kunnen worden. De software was zodanig ingesteld dat telkens wanneer de kleine detectors een trigger geven de maximale pulshoogte van het uitgangssignaal van de grote scintillator werd uitgelezen. De software telde vervolgens het aantal keren dat binnen een bepaald bereik een pulshoogte voorkomt, zodat uiteindelijk een frequentie-verdeling ontstaat. De kleine detectors werden in een sandwichopstelling om de grote detector geplaatst: dat wil zeggen dat één detector enkele centimeters boven de grote detector wordt gezet, de andere er enkele centimeters onder. Op deze manier weten we zeker dat elk deeltje dat door de kleine detectors gaat ook door de grote geweest moet zijn. Voor de posities waarin de kleine detectors zijn geplaatst, zie figuur 3.1. Voor zeven van deze posities hebben we data verzameld tot de kleine detectors ongeveer duizend pulsen gaven. Hierbij maakten we gebruik van de muonen die gevormd worden door de laagenergetische kosmische straling: deze komen met een frequentie van ongeveer 100 m 2 s 1 op het aardoppervlak neer. Dit betekent wel dat het meten van duizend pulsen ongeveer een kwartier tot twintig minuten duurt, en dat nauwkeurigere metingen lastig te realiseren zijn. Om te kijken of er misschien ook nog verschillen in de plaatsafhankelijkheid tussen de platen bestaat, hebben we vervolgens ook het hele experiment herhaald met plaat A Meetresultaten Voor elk van de zeven metingen ontstond een frequentie-verdeling, waarvan er één (voor de positie links voor ) te zien is in figuur 3.2. Voor elk van deze metingen geldt dat er een duidelijke piek zichtbaar is rond het gebied van 70 mv, die vervolgens afloopt in een staart. Zoals te verwachten is hebben lang niet alle muonen dezelfde hoeveelheid energie, en geven zij ook niet dezelfde energie af (overigens geven muonen met meer energie niet per definitie meer energie af). De statistische verdeling van de hoeveelheid afgegeven energie kan worden weergegeven met de Landau distributie. Bij deze verdeling hoort de volgende formule: Φ(λ) = 1 π 0 e uλ u log u sin (πu) du (3.4)

12 HOOFDSTUK 3. CALIBRATIE 9 Figuur 3.2: Spectrum Links Voor, Plaat A Figuur 3.1: Bovenaanzicht Opstelling Links Midden Rechts (cm) 5 10 Achter Figuur 3.3: Benadering van de Landau Curve Midden Voor Waarin λ een dimensieloos getal is dat evenredig is met de afgegeven energie, en Φ de relatieve kans. Vanwege de oneindige integraal van u is het lastig deze grafiek te accuraat te tekenen, maar een grove benadering is te zien in figuur 3.3. Het feit dat deze curve grofweg dezelfde vorm heeft als de gemeten frequentieverdelingen betekent dat onze detector in ieder geval muonen lijkt te detecteren. Om de onderlinge verschillen tussen de posities goed te kunnen analyseren kunnen we onder andere naar de top van het gemeten spectrum kijken. Het bepalen van deze top blijkt in de praktijk echter nogal lastig te zijn: hoewel de vorm in theorie een vloeiende curve zou moeten zijn, vertonen onze metingen een behoorlijke grilligheid. Uitstekende pieken hoeven niet per se de top van de grafiek te zijn. Ook het toepassen van curve fitting, een formule zo dicht mogelijk in de buurt van de gemeten waarden proberen te krijgen, is in dit geval een lastige op-

13 HOOFDSTUK 3. CALIBRATIE 10 gave. De oneindige integraal van de Landau-curve kan niet in een gewone formule worden weergegeven, zodat de enige optie een numerieke benadering is. Aangezien we geen software tot onze beschikking hadden die zowel deze numerieke benadering kon doen, samen met het curve-fitten van onze meetwaarden, was dit geen mogelijkheid. Om toch enige uitspraak over de top te kunnen doen hebben we uiteindelijk, op zeer onwetenschappelijke wijze, met het blote oog een top aangewezen. Het resultaat hiervan is te zien in tabellen 3.1 en 3.2. In de gemeten frequentieverdelingen is ook nog een duidelijke piek te zien aan het begin van de grafiek. Deze kan duidelijk geen onderdeel zijn van de Landau-curve: er zit een flink gebied tussen deze piek en het begin van die curve waar helemaal geen pieken worden waargenomen. Als deze piek geen deel uitmaakt van de Landau-verdeling kan het ook geen gemeten muon zijn. Waarschijnlijk zijn deze pieken ontstaan wanneer de kleine scintillatoren wel een trigger gaven, maar door de detector niks werd waargenomen, en de piek uit electronische ruis bepaald werd: ze staan in feite voor gemiste muonen. Wellicht blijken de metingen verschillen te vertonen in het aantal gemiste muonen, dus hebben we van elke meting het aantal gemiste muonen bepaald. Als gemist muon hebben we alle pieken onder de 30 mv genomen: deze waarde ligt voor alle metingen in het gebied tussen de Landau-curve, en de piek van gemiste muonen. Omdat we hier met een statistisch proces te maken hebben, hebben we vervolgens met de n-regel de te verwachten afwijking bepaald: n afwijking = n muon (3.5) Hierbij is n muon het aantal gemeten muonen 1, en n afwijking de te verwachten afwijken. Vervolgens hebben we het aantal gemeten muonen, en de afwijking uitgezet als percentage van het totale aantal triggers. Ook deze resultaten zijn uitgezet in tabellen 3.1 en Het Geval Midden Het zal de oplettende lezer opgevallen zijn dat beide tabellen twee metingen bevatten voor de positie 1 We gebruiken het aantal gemeten muonen, in plaats van het aantal gemiste muonen omdat de n in dat geval groter is, wat een grotere nauwkeurigheid oplevert. Midden. Dit heeft te maken met de luiheid van de experimentators. Oorspronkelijk hadden we alleen alle posities aan de zijkant van de scintillatoren gemeten, maar we wilden graag weten hoe het spectrum er in het midden van de plaat uit zou zien. Omdat het maken van een sandwich-constructie, zoals we voor de metingen aan de zijkanten hebben gebruikt, voor het midden nogal veel werk vereiste, besloten we om beide kleine scintillatoren boven de plaat te plaatsen. Immers, zo redeneerden wij, zou een electron ook nooit een trigger veroorzaken, en zou een muon dat eerst door de twee kleine detectors is geweest altijd de plaat raken. Tot onze grote schrik bleek deze meting een significante hoeveelheid minder muonen te meten dan alle andere posities, terwijl voor plaat B de top van de Landau-distribute de top veel verder naar rechts lag dan voor andere metingen. Gedroeg het midden zich echt zo anders dan de zijkanten? Om te kijken of deze verandering werd veroorzaakt door onze ietwat veranderde meetopstelling besloten we uiteindelijk toch een meting te doen in de sandwich -constructie, die een stuk beter met de andere meetresultaten leek overeen te stemmen: de oorzaak leek dus toch in de meetopstelling te liggen. Voordat we deze metingen konden schrappen, moesten we alleen wel nog even een sluitende verklaring vinden. Als eerste keken we na of een muon dat onder de meest extreme hoek door de twee kleine detectors ging de grote detector kon missen: dit bleek, met een flinke foutmarge, niet te kunnen. Tenminste, als het muon in een rechte lijn ging. Een wilde hypothese werd geopperd: wellicht werden de muonen door een magnetisch veld afgebogen: het zijn immers electrisch geladen deeltjes. Bij gebrek aan een beter idee haalden we de vergelijkingen voor de middelpuntzoekende kracht en de lorentz-kracht maar uit de kast: F mpz = mv2 r = Bqv = F lorentz (3.6) Over de lading van een muon kunnen we kort zijn: die is ± e. Voor de straal van de cirkel nemen we één meter: dit is een makkelijk getal, en een erg ruime schatting. Massa en snelheid zijn ingewikkelder, omdat het muon met bijna de lichtsnelheid beweegt: we moeten dan wel rekening houden met relativistische effecten. Gelukkig kunnen we de ver-

14 HOOFDSTUK 3. CALIBRATIE 11 Tabel 3.1: Meetresultaten Plaat A Positie n trigger n muon % n muon Top (mv) Rel. Top Links Voor ± Rechts Voor ± Links Midden ± Midden (Stapelbed) ± Midden (Sandwich) ± Rechts Midden ± Links Achter ± Rechts Achter ± Tabel 3.2: Meetresultaten Plaat B Positie n trigger n muon % n muon Top (mv) Rel. Top Links Voor ± Rechts Voor ± Links Midden ± Midden (Stapelbed) ± Midden (Sandwich) ± Rechts Midden ± Links Achter ± Rechts Achter ± gelijking herschrijven tot: B = mv qr (3.7) Zodat we slechts de impuls van het muon over houden, wat een goede relativistische grootheid is. We weten helaas alleen de energie van een gemiddeld muon (4 GeV), en niet de impuls. Wel weten we de vergelijkingen van impuls en energie uit de speciale relativiteitstheorie, namelijk: en E = γmc 2 (3.8) p = γmv (3.9) Aangezien γ (de lorentzfactor) gelijk is, en de snelheid bijna de lichtsnelheid is kunnen we de energie delen door c om de impuls te krijgen. Als we dit invullen in 3.7, krijgen we: B = 4 e 109 c e 1 13T (3.10) Om de muonen redelijkerwijs te laten afbuigen hebben we dus een magneetveld van niet minder dan 13 Tesla nodig! Aangezien dit soort magneetvelden alleen gemaakt kunnen worden met de krachtigste supermagneten, is het onwaarschijnlijk dat onze muonen door een magneetveld worden afgebogen. Een waarschijnlijkere verklaring was dat de muonen met een laag energieniveau in of na de tweede kleine scintillator vervallen, zodat ze niet door de grote plaat gemeten worden. Om dit te bewijzen plaatsten we een stuk zwaar metaal (voornamelijk bestaand uit wolfraam) tussen de kleine detectors. Alle laag-energetische deeltjes worden in dit blok tegen gehouden, met als gevolg dat alleen hoogenergetische deeltjes een trigger konden geven. Als we op deze manier maten, bleken we ineens bij 99.7% van alle triggers ook daadwerkelijk een muon waar te nemen! Het lijkt dus inderdaad zo te zijn dat de laag-energetische deeltjes de grote plaat in een stapelbed -opstelling nooit halen, en dat deze metingen niet meegenomen mogen worden

15 HOOFDSTUK 3. CALIBRATIE 12 om de plaatsafhankelijkheid te bepalen Conclusie Als we onze stapelbed -metingen kunnen schrappen is het tijd om uit de overige metingen conclusies te trekken. Kijkend naar de top, lijkt er weinig regelmaat in te zitten: hoewel de meting in het midden in beide gevallen een top het meest naar links geeft, geeft de meting Midden Rechts van plaat B juist relatief gezien de hoogste top. Ook is het niet zo dat we duidelijk kunnen zeggen dat de top achter meer naar links of naar rechts ligt: Links Voor en Links Achter geven voor plaat A een top op bijna dezelfde plaats. Ook moeten we er rekening mee houden dat deze getallen best flink af kunnen wijken, dus uit de positie van de top kunnen we niet zeggen dat er plaatsafhankelijkheid is. Het percentage muonen dat is waargenomen is in ieder geval iets wetenschappelijker bepaald, maar ook deze laten geen duidelijke trend zien: wellicht kunnen we ze gebruiken om aan te tonen dat er géén plaatsafhankelijkheid, of dat deze in ieder geval te verwaarlozen is. Zowel voor de metingen bij plaat A als plaat B geldt een te verwachten afwijking van drie procent-punten. Als we vervolgens naar de metingen van plaat A kijken zien we dat het laagste percentage 95.1% is, en het hoogste 97.9%. Dit is een verschil van 2.8% procent-punt, dus al deze waarnemingen liggen dus binnen de te verwachten afwijking. Statistisch gezien is in plaat A dus geen plaatsafhankelijkheid aanwezig. Als we naar plaat B kijken is er slechts één waarde waarde die niet binnen een bereik van 3 procent-punt ligt: bij de meting Rechts Onder is slechts 93.6% van de muonen daadwerkelijk waargenomen. Aangezien alle andere waarden wel binnen de te verwachten afwijking liggen kunnen we ook hier zeggen dat er geen sprake is van plaatsafhankelijkheid: het is namelijk te verwachten dat er ook enkele metingen buiten de te verwachten afwijking zullen liggen. Hieruit kunnen we dus concluderen dat er voor zover we waar kunnen nemen geen sprake is van plaatsafhankelijkheid in de scintillatoren. 3.3 Synchroniseren Voordat we het voorgaande konden uitvoeren moesten we wel eerst zorgen dat de meetresultaten van de verschillende platen met elkaar vergelijkbaar waren. Het onderdeel dat dit synchroniseren noodzakelijk maakt is de photomultiplier tube: elke individuele PMT heeft namelijk een andere vermenigvuldigingsfactor, die aangeeft hoeveel electronen er per foton worden losgeslagen. Doordat deze vermenigvuldigingsfactor afhankelijk is van de spanning over de PMT is het wel mogelijk om ze aan elkaar gelijk te stellen. Om dit gemakkelijk te doen wouden we in eerste instantie gebruik maken van de informatie die de leverancier ons over de PMTs gaf: de spanning waarbij de PMT een vaste vermenigvuldigingsfactor heeft. We namen simpelweg de spanning die nu over de PMT van plaat B stond, en deelden die door de door de fabrikant opgegeven spanning. Met deze factor, en de spanning van de fabrikant stelden we plaat A in. Toen we vervolgens met A een meting deden, bleek deze een sterk afwijkende grafiek te geven. Nader onderzoek leerde ons dat de vermenigvuldigingsfactor van de PMT niet recht-evenredig is met de spanning. We moesten op zoek naar een andere manier om de scintillatoren aan elkaar gelijk te stellen: het meest voor de hand liggende was om dit dan maar experimenteel te doen. Uitgaande van plaat B veranderden we spanning op de andere PMTs, en deden vervolgens een meting om te kijken of deze grafiek in de buurt zat. Hierbij keken we met name naar het gemiddelde van de pulshoogte dat een gemeten muon gaf: hoewel we hiermee niet de top van de grafiek krijgen, de Landau-curve is niet symmetrisch, is dit wel iets wat we gemakkelijk konden bepalen, en wel relevantie heeft ten opzichte van de sterkte van de vermenigvuldigingsfactor: als deze omhoog gaat moet de gemiddelde gemeten spanning ook omhoog gaan. De waarden waarop wij de scintillatoren vervolgens als gelijk aan elkaar verklaarden zijn te zien in tabel 3.3. We hebben ze niet tot in de millivolt exact proberen te krijgen, omdat we hier te maken hebben met een statistisch proces, en een afwijking van enkele millivolts in ieder geval is te verwachten 2. 2 Daarbij moet ook worden gezegd dat het op de volt precies instellen van een PMT ook geen gemakkelijke klus is.

16 HOOFDSTUK 3. CALIBRATIE 13 Tabel 3.3: Synchronisatie Waarden Plaat U gem (mv) A 94 B 94 C 96 D 93 Tabel 3.4: Efficiëntie Plaat n trigger n muon % n muon A ±1.2% B ±1.1% 3.4 Efficiëntie Wat we ook erg graag willen weten is hoe nauwkeurig onze detectors nou eigenlijk zijn: als de scintillatoren in het echt metingen doen kan daar rekening mee gehouden worden. Om hier achter te komen konden we onze metingen van de plaatsafhankelijkheid mooi hergebruiken (zie tabel 3.1 en 3.2): we tellen simpelweg alle triggers bij elkaar op, net zoals we dat met alle waargenomen muonen doen, en berekenen vervolgens het totale percentage muonen dat waargenomen is. Ook gebruiken we weer de n-regel om de te verwachten afwijking te bepalen, aangezien we nu meer triggers hebben, en dus een grotere nauwkeurigheid. Al deze waarden zijn samengevat in tabel 3.4, waaruit blijkt dat de twee detectors behoorlijk nauwkeurig zijn.

17 Hoofdstuk 4 De Uiteindelijke Opstelling 4.1 Full-Spectrum Scans Omdat we op het dak geen kleine detectors hebben om de muonen van de overige deeltjes te scheiden is het wel verstandig om een proef te doen, en te kijken hoe het uitgangssignaal er dan uitziet. Daarbij lopen we meteen tegen een probleem aan: vanaf wanneer tellen we een puls als deeltje? Doordat er altijd sprake is van electronische ruis zal het uitgangssignaal van de detectors altijd zwakke pulsen geven, ook als er geen deeltjes door de plaat gaan. Daarom begonnen we maar om alle pulsen boven de dertig millivolt als deeltje te zien: dit was dezelfde waarde die we gebruikt hadden om te bepalen welke pulsen bij de plaatsbepaling wel een gedetecteerd deeltje waren, en welke niet. Verder laten we de software het aantal pulsen en de pulshoogte weer registreren, zodat we uiteindelijk een frequentieverdeling krijgen zoals te zien is in figuur 4.1. Als we naar deze figuur kijken zien we de karakteristieke vorm van de Landau-verdeling weer terug, dus de muonen worden in ieder geval geregistreerd. Rond de dertig millivolt zien we echter nog een piek ontstaan, die weliswaar kleiner is dan de muonenpiek, maar die duidelijk ontbrak in de spectra die met de kleine detectors genomen waren. Deze kleine detectors filterden laag-energetische deeltjes uit de deeltjes die we konden waarnemen, dus waarschijnlijk staan deze triggers voor electronen. Dat we electronen waarnemen is op zich niet erg: ook die deeltjes ontstaan in showers, en kunnen ons naar het oorspronkelijke hoog-energetische deeltje wijzen. Maar als we electronen waarnemen, moeten we wel zorgen dat we alle electronen die door de plaat gaan registreren. Het is helemaal niet zeker Frequentie Figuur 4.1: Full-Spectrum Scan van D Full-Spectrum D Pulshoogte Full-Spectrum D dat dit nu het geval is, want de electronenpiek ligt gevaarlijk dicht bij de pulshoogte die we niet meer als deeltje zien. Om op een betere pulshoogte vanaf waar we pulsen als deeltjes registreren te komen moeten we dus weer een experiment doen. Daarvoor telden we steeds het aantal pulsen over een kort tijdsinterval van tien seconden: de cut-off waarde stelden we steeds ongeveer een millivolt lager in. Het een aantal pulsen geeft een soort integraal van het spectrum weer, dus als dat bij een lagere cut-off waarde een hoger is, betekent dat dat er meer deeltjes waargenomen konden worden. We gingen door met het verlagen van de cut-off waarde tot de hoeveelheid deeltjes niet meer toenam, en namen vervolgens een full-spectrum scan op (we waren in dit geval met scintillator B bezig), die te zien is in figuur 4.2. In dit plaatje zien we dat de electronenpiek een 14

18 HOOFDSTUK 4. DE UITEINDELIJKE OPSTELLING 15 Frequentie Figuur 4.2: Full-Spectrum Scan van B Pulshoogte (mv) één shower komen namelijk op praktisch hetzelfde moment aan op het aardoppervlak. Op deze manier wordt de ruis eruit gefilterd, en wordt het aantal triggers dat bekeken moet worden sterk verminderd. Inmiddels staan detectors A en B op het dak van de Universiteit Utrecht opgesteld, en zijn ze verbonden met de rest van het HiSPARC netwerk. De informatie van deze detector (en alle andere detectors) kan opgevraagd worden via stuk groter is dan die van de muonen, die nog slechts als een kleine bult zichtbaar is. Dit is ook te verwachten, want electronen komen in verhouden tot muonen een stuk meer voor. Verder zien we ook nog een kleine piek helemaal aan het begin van de grafiek. Wat dit is is niet helemaal duidelijk: waarschijnlijk is het electronische ruis, omdat de cut-off waarde inmiddels erg laag stond. 4.2 Het Dak Op De uiteindelijke meetopstelling die op het dak van de Universiteit en de verschillende scholen komt bestaat uit twee detectie-platen die op enige afstand van elkaar staan 1. Dat de detectors buiten moeten staan werd al duidelijk door het experiment met blok wolfraam: als ze geplaatst zouden worden kunnen er muonen verloren gaan door het tussenliggende beton. Maar waarom twee platen? Ten eerste natuurlijk omdat het een groter meetoppervlak oplevert. Belangrijker is echter het feit dat één plaat per dag rustig tienduizenden deeltjes te verwerken krijgt: het is dan moeilijk om te zien wat ruis is, en welke deeltjes afkomstig zijn van een shower, zeker als elk van die events dan vergeleken moet worden met de andere meetstations in de buurt. De oplossing is om pas een signaal te geven als twee platen een deeltje waarnemen: deeltjes van 1 Uiteraard worden ze wel beschermd tegen de elementen: zij staan veilig in een ski-box verpakt.

19 Bijlage A Grafieken 16

20 BIJLAGE A. GRAFIEKEN 17 Plaatsafhankelijkheid Links, Plaat A Relatieve Frequentie (/1000) Pulshoogte (mv) Links Achter Links Midden Links Voor Plaatsafhankelijkheid Midden, Plaat A Relatieve Frequentie (/1000) Pulshoogte (mv) Midden (Sandwich) Midden (Stapelbed)

21 BIJLAGE A. GRAFIEKEN 18 Plaatsafhankelijkheid Rechts, Plaat A Relatieve Frequentie (/1000) Pulshoogte (mv) Rechts Achter Rechts Midden Rechts Voor Plaatsafhankelijkheid Links, Plaat B Relatieve Frequentie (/1000) Pulshoogte (mv) Links Achter Links Midden Links Voor

22 BIJLAGE A. GRAFIEKEN 19 Plaatsafhankelijkheid Midden, Plaat B Relatieve Frequentie (/1000) Pulshoogte (mv) Midden (Sandwich) Midden (Stapelbed,Wolfraam) Plaatsafhankelijkheid Rechts, Plaat B Relatieve Frequentie (/1000) Pulshoogte (mv) Rechts Achter Rechts Midden Rechts Voor

23 BIJLAGE A. GRAFIEKEN 20 Metingen na Synchronisatie, Links Midden Relatieve Frequentie (/1000) Pulshoogte (mv) Plaat A Plaat B Plaat C Plaat D Full-Spectrum Scan A Frequentie Pulshoogte (mv)

24 Bijlage B Logboek 21

25 BIJLAGE B. LOGBOEK 22 Tijdsperiode Handeling 12/11/2003 Lezing door prof. Achterberg over kosmische straling. 14/01/2004 Kennismaking met HiSPARC op de UU. 04/02/2004 Eerste dag met de nieuwe groep. Meetploeg: Kennismaking met de apparatuur. Bouwploeg: Inpakken scintillator C. 11/02/2004 Meetploeg: Plaatsafhankelijkheid. Bouwploeg: Plakken scintillator C, inpakken D. 18/02/2004 Meetploeg: Plaatsafhankelijkheid. Bouwploeg: Lijmen D, PMT aan C bevestigen. 25/02/2004 Meetploeg: Plaatsafhankelijkheid? Bouwploeg: C testen op lichtlekken, D dichtlijmen, lijmen en solderen van PMTs. 03/03/2004 Meetploeg: Poging tot Full-Spectrum Scan. Brandoefening, niet gepland door HiSPARC, wel grappig. Bouwploeg: Inpakken + Lichtdicht maken D. 10/03/2004 Meetploeg: Synchronisatie. Bouwploeg: D Testen op lichtlekken, lichtdicht maken. Afgebroken PMT van C er weer op plakken. 24/03/2004 Meetploeg/Bouwploeg: Synchronisatie. Hernieuwde pogingen tot Full-Spectrum Scans. 31/03/2004 Bouwploeg/Meetploeg: Lage opkomst, enkele metingen gedaan. 07/04/2004 Meetploeg: Plaatsafhankelijkheid. Bouwploeg: Analyseren afstanden scholen. 14/04/2004 Meetploeg: Plaatsafhankelijkheid, Gepruts met Landau. Bouwploeg: Red Box doormeten. 21/04/2004 Meetploeg: Meer gepruts met Landau, alsmede magnetische velden, en vreemde experimenten. Bouwploeg: Red Box doormeten. 28/04/2004 Meetploeg: Full-Spectrum Scan Treshold beter instellen. 19/05/2004 Meetploeg: Informatie Harken. Bouwploeg: Prestaties C analyseren. 26/05/2004 Meetploeg: Vreemde experimenten. Uitzoeken hoe meetkastje werkt. Bouwploeg: Weer de PMT van C vastgelijmd. 09/06/2004 Meetploeg: Afmaken tabel plaatsafhankelijkheid. Bouwploeg: Herstellen C, D geanalyseerd. Week 37, 2004 Besluit tot het van profielwerkstuk door Vincent, Pim en Robin. 14/09/2004 Maken Plan van Aanpak. 21/10/2004 Vincent schrijft een stuk over de scintillator. 10/11/2004 Vincent maant Pim en Robin om ook eens wat te schrijven. Heeft geen resultaat. 2/1/2005 Pim en Robin besluiten dat er toch eens wat aan het profielwerkstuk gedaan moet worden. 6/1/2005 Pim en Robin besluiten wederom dat er iets aan het profielwerkstuk gedaan moet worden, en verdelen wat werk. 7,8/1/2005 Er wordt door Robin en Pim aan het profielwerkstuk gewerkt. 9/1/2005 Vincent maant Pim en Robin om ook eens wat te schrijven. Deze melden hem het heugelijke feit dat dat inmiddels ook is gebeurd, en werken verder. 23/1/2005 Vincent heeft aan het verslag gewerkt, en mailt dit naar Robin, opdat het in de master-file wordt opgenomen. 1/2/2005 Het stuk van Vincent is toegevoegd aan de master-file. Week 6, 2005 Vakantie! Er wordt hard aan het profielwerkstuk gewerkt, en de eerste definitieve versie verschijnt.

26 Bijlage C Procesverslag Uiteraard begint het hele proces van het profielwerkstuk met het praktische gedeelte: het werken voor HiSPARC. Pim en Robin zaten in de meetploeg, en waren vooral verantwoordelijk voor het (verassend!) verrichten van metingen met de scintillatoren die door de vorige groep waren gebouwd, hoewel er ook andere dingen zijn gedaan: zo heeft ook de meetploeg een kleine scintillator met tape ingepakt. Vincent was onderdeel van de bouwploeg, en met name verantwoordelijk voor het bouwen van de scintillatoren 1. Maar ook de bouwploeg heeft metingen verricht, zoals het onderzoeken hoe de kastjes die het NIKHEF ons opstuurden nou precies werkten. Bij het maken van het verslag moet hier uiteraard rekening mee worden gehouden: al bij de eerste planning van het verslag werd overeengekomen dat Vincent met name verantwoordelijk zou zijn over het gedeelte dat de bouw van de scintillators behandelt, terwijl Pim en Robin zich op de calibratie en aanverwante zaken zouden richten. Verdere taakverdeling ontstond bij toeval of door het toepassen van specialiteiten: Robin weet veel van L A TEX, wat gebruikt wordt om professionele verslagen te schrijven, en werd als zodanig verantwoordelijk voor het bij elkaar plaatsen van de verschillende onderdelen, en zorgde er als gevolg daarvan ook voor dat er geen gigantische stijlbreuken tussen de teksten van de verschillende auteurs optraden. Pim had een uiterst gedetailleerd logboek, waarvan veelvuldig gebruik werd gemaakt bij het maken van het verslag, en gebruikte zijn kennis om het geheel op te leuken met enkele plaatjes. Het grootste probleem zat hem waarschijnlijk in de tijdsindeling: Vincent was vroeg begonnen, terwijl Pim en Robin ietwat verlaat aan hun werken begonnen. Op zich leidde dit niet tot ernstige problemen, omdat de onderdelen redelijk goed afgebakend waren: voor een beschrijving van de bouw is immers geen stuk over de plaatsafhankelijkheid nodig. Al met al zijn wij in ieder geval alledrie zeer tevreden over het resultaat, en dat is natuurlijk wat uiteindelijk telt! PMT. 1 En het repareren van ongelukjes, zoals een afgebroken 23