Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kosmische Leuchtspuren über der Pampa

14.09.2001


Innenansicht des Teleskopgebäudes mit Fluoreszenzdetektor. Zu erkennen sind die Teleskopöffnung mit Korrekturlinse (rechts), Photomultiplier-Kamera (Mitte), und das 11 m2 große Spiegelsystem (links).


Wassertanks zum Nachweis der Cherenkov-Strahlung durch die Teilchenschauer. Zwischen den Wassertanks ist im Hintergrund vor der Kulisse der Anden das Teleskopgebäude auf Los Leones in ca. 5 km Entfernung zu erahnen.


Erster Baustein des Pierre Auger-Projektes geht in Argentinien in Betrieb

In der argentinischen Pampa entsteht zur Zeit auf einer Fläche von über 3000 km2 ein gigantisches astrophysikalisches Experiment. Das Pierre Auger-Observatorium will den geheimnisvollen hochenergetischen Teilchen der kosmischen Strahlung auf die Spur kommen. Unter Federführung des Forschungszentrums Karlsruhe wurde nun ein erstes Etappenziel erreicht: Mit einem großflächigen Spiegelsystem konnten "Leuchtspuren" der kosmischen Strahlung nachgewiesen und damit die Funktionsfähigkeit der Anordnung unter Beweis gestellt werden.

Kosmische Strahlung besteht aus Atomkernen, die aus allen Richtungen auf die Erdatmosphäre treffen. Bereits in großer Höhe lösen diese Atomkerne Schauer von Elementarteilchen aus, die bis zum Erdboden vordringen und dort nachgewiesen werden können. Einige der in die Atmosphäre eindringenden Atome aus dem All haben unvorstellbar hohe Energien: mehr als 10 hoch 20 eV , das ist 100 Millionen mal mehr, als in den größten irdischen Elementarteilchenbeschleunigern erreicht werden kann. Die Energie eines von Boris Becker aufgeschlagenen Tennisballs ist hier in einem einzigen Atom konzentriert. Bis heute konnten die Forscher weder aufklären, wie die Atomkerne im Weltall so große Energien erreichen können, noch wie sie ungebremst zur Erde gelangen.

Teilchen so hoher Energie sind allerdings extrem selten: Die Wissenschaftler erwarten weniger als ein messbares Ereignis pro 100 Jahre und Quadratkilometer. Um diese Teilchen trotzdem in ausreichender Zahl (ca. 30 pro Jahr) zu messen, wird derzeit in der argentinischen Pampa, einer weiten, fast menschenleeren Grassteppe, in internationaler Kooperation ein 3000 km2 großes Messfeld - das entspricht etwa der Größe des Saarlandes - errichtet. An dem Projekt, benannt nach dem französischen Physiker Pierre Auger, der die hochenergetischen kosmischen Luftschauer erstmals nachwies und richtig interpretierte, arbeiten 54 Forschungseinrichtungen aus 19 Nationen mit. Die deutschen Beiträge werden von den Instituten für Kernphysik und für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik des Forschungszentrums Karlsruhe sowie dem Institut für Experimentelle Kernphysik der Universität Karlsruhe geleistet.

Das Pierre Auger-Experiment besteht aus zwei aufeinander abgestimmten Teilen: Ein Detektorfeld auf dem Erdboden besteht aus 1600 Wassertanks, die in Abständen von 1,5 km aufgestellt werden. In der hochreinen Wasserfüllung wird mit lichtempfindlichen Photomultipliern die so genannte Cherenkov-Strahlung nachgewiesen, die beim Eindringen der Teilchenschauer in das Wasser entsteht. Die Schauer bestehen - abhängig von der Energie des einfallenden Primärteilchens - aus hundert Milliarden Teilchen, die in etwa zehn Tanks gleichzeitig Signale erzeugen. Den zweiten Teil des Pierre Auger-Observatoriums bilden 4 Fluoreszenzdetektorstationen - drei am Rand und einer in der Mitte der Beobachtungsfläche -, die in die Atmosphäre über dem Messfeld gerichtet sind und dort die "Leuchtspur" der Teilchenschauer verfolgen. Die Schwierigkeit liegt darin, dass diese Leuchtspuren sehr schwach sind und nur einige millionstel Sekunden lang dauern. Die Leuchtspur entspricht dem Vorbeiflug einer 40 Watt Birne mit Lichtgeschwindigkeit in einigen Kilometern Entfernung und ist mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar.


Die Fluoreszenzdetektoren sind sphärische Spiegelteleskope von jeweils 11 m2 Fläche aus diamantgefrästen Aluminiumsegmenten und haben dank ihrer Schmidt-Optik ein weites Gesichtsfeld von 30°x30°. Im Fokus befindet sich eine elektronische Kamera aus 20x22 Photomultipliern, die die einfallende Strahlung nachweisen. Die Leuchtspur wird in einem digitalen Film von 10 Millionen Bildern pro Sekunde aufgenommen und zum zentralen Rechner übermittelt. Jeweils 6 dieser Fluoreszenzdetektoren werden in drei eigens errichteten Beobachtungsgebäuden am Rand des Messfeldes untergebracht und nach innen blicken. Das zentrale "Auge" wird 12 Teleskope enthalten und eine Rundumsicht erlauben.

Zwei dieser Spiegelteleskope wurden nun auf einem Hügel in der Nähe der argentinischen Stadt Malargüe in Betrieb genommen und konnten dort die ersten Leuchtspuren der kosmischen Strahlung am Nachthimmel über der Pampa detektieren. Mit Hilfe von Lasern, die in 26 km Entfernung in die Atmosphäre schossen, konnte außerdem die Sensitivität der Teleskope auf ca. 5x10 hoch 18 eV bestimmt werden. "Damit haben wir einen sehr wichtigen Meilenstein erreicht", erklärt Professor Dr. Hartmut Gemmeke, Leiter des Instituts für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik im Forschungszentrum Karlsruhe. "Die präzise Optik und die hochempfindliche Elektronik zur Erkennung von Teilchenspuren in der Atmosphäre haben ihre Funktionsfähigkeit unter Beweis gestellt. Die dazu notwendige Rechenleistung von 90 PC’s pro Teleskop ist in dafür speziell entwickelten Chips untergebracht und beansprucht insgesamt nicht mehr Platz als ein PC."

Auch mehrere der Wasserdetektoren konnten inzwischen eindeutige Signale kosmischer Schauer registrieren. Die Anstrengungen der Wissenschaftler und Techniker konzentrieren sich nun darauf, die Erfahrungen mit den Prototypen auszuwerten und die Installation der 30 Teleskope und 1600 Wasserdetektoren in den nächsten drei Jahren zu schaffen. Bereits ab Mitte 2003 soll das Observatorium so groß sein, dass aussagekräftige Messungen möglich sind.

Am Aufbau der Fluoreszenzdetektoren sind neben Deutschland auch Italien und Argentinien beteiligt. Die Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren unterstützt das Vorhaben als Strategiefondsprojekt mit knapp zehn Millionen DM. Universitätsgruppen steht ein neu eingerichteter Förderbereich "Astroteilchenphysik" des BMBF offen.

Inge Arnold | idw

Weitere Berichte zu: Atomkern Fluoreszenzdetektor Leuchtspur Strahlung Teleskop

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung