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 Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern
17.08.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg

nachricht Optische Technologien für schnellere Computer / „Licht“ mit Wespentaille
16.08.2017 | Universität Duisburg-Essen

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie