Νετρίνα από Εκλάμψεις Ακτίνων Γάμμα: Προβλέψεις και Προοπτικές

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία με θέμα “ Νετρίνα από Εκλάμψεις Ακτίνων Γάμμα: Προβλέψεις και Προοπτικές” εκπονήθηκε στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής του Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. Δημόκριτος σε συνεργασία με τη Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Αρχικά, περιγράφεται σύντομα η εξέλιξη του Σύμπαντος σύμφωνα με τη θεωρία του Big Bang. Περιγράφονται οι φυσικές διεργασίες που συντελούνταν στο πρώιμο Σύμπαν και οι διαδικασίες σχηματισμού των κοσμικών δομών. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται ορισμένα στοιχεία εξωγαλαξιακής αστρονομίας, μελετάται η κατανομή των γαλαξιών στο χώρο καθώς και η κατηγοριοποίησή τους με βάση διάφορα χαρακτηριστικά. Επίσης γίνεται αναφορά σε γεγονότα που λαμβάνουν χώρα εκτός του γαλαξία μας, όπως ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες (Active Galactic Nuclei - AGN) και εκλάμψεις ακτίνων γ (Gamma Ray Bursts - GRBs). Ακολούθως, μελετώνται οι εκλάμψεις ακτίνων γ (GRBs). Συγκεκριμένα, εξετάζονται οι γεννήτορες αυτών των εκλάμψεων και οι μηχανισμοί εκπομπής που ακολουθούν, ενώ αναφέρονται οι φυσικές διαδικασίες που οδηγούν στην παραγωγή ακτίνων γ. Στη συνέχεια, εξετάζεται ο ρυθμός εμφάνισης των GRBs ενώ αναφέρεται ο τρόπος ανίχνευσης νετρίνων από τις εκλάμψεις αυτές και η σπουδαιότητα των συμπερασμάτων που μπορούν να προκύψουν από τη συσχέτιση των νετρίνων, που ανιχνεύονται στη γη, με τα GRBs. Τέλος, διεξάγεται η μελέτη της ικανότητας ανίχνευσης νετρίνων από GRBs με το τηλεσκόπιο νετρίνων KM3NeT. Χρησιμοποιείται μια εξαγωνική γεωμετρία για τον προσδιορισμό της απόδοσης του ανιχνευτή συναρτήσει της γωνίας πρόσπτωσης μιονίων και της απόστασης από το κέντρο του. Οι υπολογισμοί αυτοί πραγματοποιούνται για διαφορετικές τιμές όγκου του ανιχνευτή και συγκρίνονται τα αποτελέσματα.

The subject of this thesis is “Neutrinos from GRBs: current status and prospects” and was realized thanks to the contribution of the Institute of Nuclear Research of Demokritos Research Centre in Athens and of the School of Applied Mathematical and Physical Sciences of National Technical University of Athens. First of all, a quick reference to the evolution of the Universe according to Big Bang theory is presented. The physical procedures taking place during the primordial phase of the Universe and formation of cosmological structures are also described. Besides, the basic issues of extragalactic astronomy, the distribution of galaxies in space and their division in different categories are discussed. Episodes taking place beyond the limits of our galaxy, like Active Galactic Nuclei (AGN) and Gamma Ray Bursts (GRBs), are referred as well. Additionally, Gamma Ray Bursts (GRBs) are studied. Especially, there is a reference to the physical procedures leading to gamma ray production in accordance with the presentation of the main theories explaining the progenitors and emission mechanisms of these bursts. GRBs rates are also considered. The detection principle of neutrinos from GRBs and the important conclusions that can be made from their coincident observation with GRBs are discussed. Finally, the KM3NeT’s detection ability of neutrinos from GRBs is tested using a hexagonal detector’s geometry. The detector’s efficiency per muon angle and per distance from the centre of the detector are calculated. These calculations are determined for different detector volumes and results are compared.