I 1947 ble Sørensen cand.real. på oppgaven og fortsatte der som stipendiat finansiert av NTNF i de følgende årene. Med et ekstra reisestipend kunne han tilbringe det akademiske året 1949-50 i forskningsgruppen til Cecil Powell i Bristol. Her lærte han seg bruk av fotoemulsjoner til registrering av kosmisk stråling og dens effekter på atomkjerner. Dette lå til grunn for at han i 1952 mottok doktorgraden fra Universitetet i Oslo med avhandlingen .