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Progress in air shower radio measurements: Detection of distant events

Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Karlsruhe, 76021 Karlsruhe, Germany; Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik, Forschungszentrum Karlsruhe, 76021 Karlsruhe, Germany; ASTRON, 7990 AA Dwingeloo, The Netherlands; National Institute of Physics and Nuclear Engineering, 7690 Bucharest, Romania; Dipartimento di Fisica Generale dell’ Universita, 10125 Torino, Italy; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, 53121 Bonn, Germany; Institut für Experimentelle Kernphysik, Universität Karlsruhe, 76021 Karlsruhe, Germany; Dpt. Astrophysics, Radboud University, 6525 ED Nijmegen, The Netherlands; Fachbereich Physik, Universität Siegen, 57072 Siegen, Germany; Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario, INAF, 10133 Torino, Italy; Fachbereich C-Physik, Universität Wuppertal, 42097 Wuppertal, Germany; Soltan Institute for Nuclear Studies, 90950 Lodz, Poland
Astroparticle Physics 01/2006; DOI: 10.1016/j.astropartphys.2006.07.003
Source: arXiv

ABSTRACT Data taken during half a year of operation of 10 LOPES antennas (LOPES-10), triggered by EAS observed with KASCADE-Grande have been analysed. We report about the analysis of correlations of radio signals measured by LOPES-10 with extensive air shower events reconstructed by KASCADE-Grande, including shower cores at large distances. The efficiency of detecting radio signals induced by air showers up to distances of 700 m from the shower axis has been investigated. The results are discussed with special emphasis on the effects of the reconstruction accuracy for shower core and arrival direction on the coherence of the measured radio signal. In addition, the correlations of the radio pulse amplitude with the primary cosmic ray energy and with the lateral distance from the shower core are studied.

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    ABSTRACT: The radio technique for the detection of cosmic particles has seen a major revival in recent years. New and planned experiments in the lab and the field, such as GLUE, Anita, LUNASKA, Codalema, LOPES as well as sophisticated Monte Carlo experiments have produced a wealth of new information and I review here briefly some of the main results with the main focus on air showers. Radio emission of ultra-high energy cosmic particles offers a number of interesting advantages. Since radio waves suffer no attenuation, radio measurements allow the detection of very distant or highly inclined showers, can be used day and night, and provide a bolometric measure of the leptonic shower component. The LOPES experiment has detected the radio emission from cosmic rays, confirmed the geosynchrotron effect for extensive air showers, and provided a good calibration fomula to convert the radio signal into primary particle energy. Moreover, Monte Carlo simulations suggest that also the shower maximum and the particle composition can be measured. Future steps will be the installation of radio antennas at the Auger experiment to measure the composition of ultra-high energy cosmic rays and the usage of the LOFAR radio telescope (and later the SKA) as a cosmic ray detector. Here an intriguing additional application is the search for low-frequency radio emission from neutrinos and cosmic rays interacting with the lunar regolith. This promises the best detection limits for particles above 10^21 eV and allows one to go significantly beyond current ground-based detectors.
    05/2008;
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    ABSTRACT: La radiodétection des rayon cosmiques de haute énergie est actuellement l'objet d'une intense activité de recherche, tant sur le plan expérimental que théorique. La problématique actuelle est de savoir si elle représente une technique compétitive par rapport à ou en complément des techniques de détection classiques; aussi bien afin de couvrir les surfaces permettant d'accumuler de la statistique aux plus hautes énergies (autours de 10^20 eV -- là où l'astronomie des particules deviendrait possible) que de caractériser précisément le rayonnement cosmique à des énergies plus modérées (quelques 10^18 eV). Au cours de ce travail, nous avons tenté de nous approcher de la réponse à cette question, grâce à des modélisations de l'émission radio, à l'analyse de données expérimentales et en préparant les détecteurs à venir. Au niveau modélisation, l'émission géosynchrotron des particules des gerbes a été abordée analytiquement en utilisant un modèle de gerbe simplifiée et d'autre part avec la simulation Monte Carlo AIRES pour obtenir un développement de gerbe réaliste. Différentes dépendances du champ électrique ont été extraite, dont une proportionnalité du champ avec le vecteur -v*B sous certaines conditions. Expérimentalement, l'analyse des données du détecteur CODALEMA a permis de mieux caractériser le champ électrique produit par les gerbes, avec notamment la topologie de la distribution du champ au sol, la dépendance avec l'énergie et un champ compatible avec une proportionnalité avec -v*B. Ces différents résultats sont regroupé sous la forme d'une formule générale du champ. Davantage de données sont probablement nécessaires avant de statuer définitivement sur l'intérêt de la radiodétection. La formule obtenue grâce à CODALEMA a finalement été utilisée pour extrapoler les résultats de CODALEMA a un futur grand réseau, résultat appliqué notamment au détecteur AERA de l'Observatoire Pierre Auger.
    01/2009;
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    ABSTRACT: The LOPES experiment at the Karlsruhe Institute of Technology has been taking radio data in the frequency range from 40 to 80 MHz in coincidence with the KASCADE-Grande air shower detector since 2003. Various experimental configurations have been employed to study aspects such as the energy scaling, geomagnetic dependence, lateral distribution, and polarization of the radio emission from cosmic rays. The high quality per-event air shower information provided by KASCADE-Grande has been the key to many of these studies and has even allowed us to perform detailed per-event comparisons with simulations of the radio emission. In this article, we give an overview of results obtained by LOPES, and present the status and perspectives of the ever-evolving experiment.
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 09/2010;

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Jun 6, 2014