De meetopstellingen van KORSTMOS
De meetopstellingen van KORSTMOS

Nieuwe meetopstelling voor kosmische straling

Op 26 juni opent in de proeftuin bij het kassencomplex een nieuwe meetopstelling waarmee studenten, onderzoekers én scholieren kosmische deeltjes uit de ruimte kunnen meten. Het project heet KORSTMOS en wil uitgroeien tot een regionaal expertisecentrum voor kosmische straling.

Een dakkoffer, een olievat en een antenne: het veld bij het kassencomplex verraadt nog niet direct dat hier wetenschap wordt bedreven. Maar de dakkoffer en het olievat zitten vol apparatuur om kosmische straling te meten.

Kosmische straling

Kosmische straling bestaat uit hoogenergetische deeltjes die afkomstig zijn uit de ruimte en die constant op de aarde neerkomen. Dat kunnen verschillende types deeltjes zijn, zoals protonen, atoomkernen, elektronen en andere deeltjes.

Die deeltjes komen uit verschillende bronnen. Een belangrijke bron is de zon, die geladen deeltjes uitzendt als onderdeel van de zonnewind. Daarnaast komt kosmische straling van buiten ons zonnestelsel, bijvoorbeeld van supernova-explosies. "Het is dan niet de explosie zelf, maar de schokgolven van zo'n supernova die de deeltjes versnellen tot een bepaalde energie", legt masterstudent Marie-Nour Hartman uit. "We weten eigenlijk nog niet precies hóe ze versneld worden. Dat is ook een belangrijk deel van het onderzoek."

Wanneer zo'n deeltje de atmosfeer bereikt, botst het bovenin op een luchtdeeltje, bijvoorbeeld een zuurstof- of stikstofatoom. Door de enorme energie worden er bij die botsing nieuwe deeltjes gemaakt, die op hun beurt weer botsen. Het resultaat is een zogenaamde deeltjeslawine.

Van die lawine merken wij op de grond niets. De aarde wordt grotendeels beschermd door haar magnetisch veld, dat veel geladen deeltjes afbuigt, en door de atmosfeer, die de straling absorbeert. "Per seconde vliegen er honderden deeltjes door je heen", zegt Jochem. Medestudent Marie-Nour vult aan: "Stel je voor dat je in de ruimte was, dan zou de kans op DNA-mutaties in je lichaam veel groter zijn. We mogen dus best dankbaar zijn voor onze dampkring."

Dat onderzoek is belangrijk, bijvoorbeeld voor de ruimtevaart: kosmische straling kan invloed hebben op astronauten en op de elektronica in satellieten en vliegtuigen.

Marie-Nour Hartman en Jochem van Rabenswaaij
Marie-Nour Hartman en Jochem van Rabenswaaij

De opstelling

In KORSTMOS worden verschillende meetmethoden gecombineerd in één opstelling. In de dakkoffers zitten scintillatorplaten. Gaat een deeltje uit de lawine door zo'n plaat, dan ontstaat een zwak lichtflitsje die alleen meetbaar is als er geen licht van buiten bij kan. Daarom liggen de platen water- en lichtdicht in de koffers. 
In de olievaten gebeurt iets vergelijkbaars: daar veroorzaakt een passerend deeltje in het water een lichtflitsje. De grote antenne meet weer iets anders. De deeltjes in een lawine zenden namelijk radiogolven uit. Aan de hand van de afstanden tussen de detectoren en het tijdsverschil tussen de aankomst van de deeltjes in de detectoren kunnen onderzoekers bijvoorbeeld bepalen waar het deeltje vandaan kwam. 

Stage

Studenten Particle and Astrophysics Marie-Nour Hartman en Jochem van Rabenswaaij doen hun stage bij KORSTMOS. Jochem onderzoekt het radiosignaal: hoe haal je in het dichtbevolkte, "ruisrijke" Nijmegen de ruis uit het signaal en vind je tóch de kosmische deeltjes? Het team werkt aan een publicatie over een beter algoritme om efficiënter te "triggeren" op dat radiosignaal, met minder foute en meer juiste detecties.

Marie-Nour werkt aan de scintillatoren en de richtingsreconstructie. "Pas vanaf drie scintillatoren kunnen we de hoek bepalen waar de straling vandaan komt, inclusief de onzekerheid daarbij." Met simulaties onderzoekt zij hoe betrouwbaar die reconstructie is. De eigenschappen die Marie-Nour vindt, kan Jochem gebruiken om te zoeken naar een signaal in de ruis. Als hij richting en de energie van het deeltje weet kan hij gerichter zoeken naar het bijbehorende radiosignaal.

Het KORSTMOS- project werkt als een kleinschalige proeftuin. "Als we het hier testen, kunnen nieuwe technieken later ook bij de grote detectoren worden toegepast", legt Jochem uit. Marie-Nour vult aan: “Op aarde kunnen versnellers deeltjes tot zo'n 14 TeV aan botsingsenergie creëren, maar uit de kosmos komen "gratis" deeltjes met een energie die duizenden keren hoger ligt. Als wij begrijpen wat er precies gebeurt in de allereerste interacties, dan krijgen we veel meer informatie over wat er gebeurt bij hogere energieën dan dat wij kunnen bestuderen in de versnellers.” 

De meetopstellingen van KORSTMOS
De meetopstellingen van KORSTMOS

Wetenschap voor de klas

Een belangrijk doel van KORSTMOS is dat middelbare scholieren zelf met echt onderzoek kunnen werken. Het project is grotendeels opgezet vanuit het Pre University College, en scholieren kunnen er terecht voor bijvoorbeeld een practicumdag of hun profielwerkstuk. Voor docenten komen lesmaterialen en meetopstellingen voor in de klas beschikbaar. Ook masterstudenten gebruiken de opstelling al, onder meer in een vak over detectiemethodes.

Jochem: "Het is iets heel anders om niet alleen in het natuurkundelokaal proefjes te doen, maar echt naar lopend onderzoek te gaan en daaraan mee te helpen. Dat is denk ik heel inspirerend."

Daarnaast is het praktijkonderzoek ook voor de studenten leerzaam: "In een college staat alles klaar en werkt alles precies", aldus Jochem. "Maar zo doe je in werkelijkheid geen onderzoek." Je mist altijd een onderdeel, of je moet drie keer teruglopen omdat je iets vergeten bent. Je leert omgaan met tegenslagen en leert wanneer een benadering goed genoeg is en wanneer je écht precies moet zijn."

Bekijk de gastlessen en de beschikbare practicummaterialen voor het voortgezet onderwijs

De opening

Op 26 juni 2026 wordt de opstelling officieel geopend. Daarmee is het werk overigens nog niet klaar. De studenten werken de resterende periode van hun stage nog verder aan de opstelling. Jochem: “We willen de opstelling stabiel en gebruiksvriendelijk maken, en op afstand bestuurbaar, zodat ook scholieren er straks zelfstandig mee aan de slag kunnen.”