Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Knick im Knie

21.10.2011
Schon seit Jahren beschäftigen sich Astroteilchenphysiker mit der Frage, wie das „Knie“, ein Knick im Energiespektrum der kosmischen Strahlung, zustande kommt.

Für leichte Elemente wie Wasserstoff lieferte das Experiment KASCADE auf dem Gelände des Karlsruher Instituts für Technologie wichtige Hinweise. Mit der Erweiterung zu KASCADE-Grande konnten die Wissenschaftler nun Teilchen mit zehnmal höherer Energie und damit das komplette Knie vermessen: Das Knie setzt sich aus mehreren Knicks zusammen, mit höherer Energie verschwinden immer schwerere Elemente aus dem Spektrum der kosmischen Strahlung. Die Ergebnisse wurden soeben in der Zeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.


Kosmische Strahlung, massive Teilchen aus dem Universum, lösen in der Erdat-mosphäre Schauer von Teilchen aus, die am Erdboden mit dem Experiment KASCADE-Grande nachgewiesen werden.
(Grafik: Tim Otto Roth und KIT)


Das "Knie" der kosmischen Strahlung, ein Knick im Energiespektrum, tritt für leichte und schwere Teilchen bei unterschiedlichen Energien auf.
(Grafik: KIT)

KASCADE-Grande ist ein Messfeld für kosmische Strahlung auf dem Gelände des Campus Nord des Karlsruher Instituts für Technologie. Auf einer Fläche von 700 mal 700 Quadratmetern stehen 37 Detektorstationen. Außerdem wurde das frühere KASCADE Experiment integriert. „KASCADE-Grande erweitert den Messbereich des KASCADE Experiments um einen Faktor 10“, stellt Dr. Andreas Haungs fest, der das KASCADE-Grande Projekt im KIT leitet. „Wir können nun Teilchenschauer messen, die von kosmischen Teilchen mit Energien bis 1018 Elektronenvolt erzeugt wurden.“ 1018 Elektronenvolt: das liegt um Faktor Hundert über den Energien, die die zurzeit größten Teilchenbeschleuniger auf der Erde erreichen.

Die Teilchenschauer entstehen dadurch, dass die primären Teilchen der kosmischen Strahlung auf die Atome der Erdatmosphäre auftreffen und aufgrund ihrer hohen Energie Sekundärteilchen erzeugen, die wiederum Teilchen erzeugen, die wiederum Teilchen erzeugen, usw. Dieser Schauer, diese Kaskade von Teilchen, trifft nach einigen Millisekunden auf den Erdboden auf und kann dort gemessen werden. „Die Primärteilchen, massive Atomkerne, die sehr unterschiedliche Energien haben, können aufgrund ihres geringen Flusses nicht direkt mit Ballon- oder Satellitenexperimenten gemessen werden“, erläutert Andreas Haungs. „Bei nur einem Teilchen pro Quadratmeter und Tag sind wir auf Beobachtungen am Boden angewiesen.“ Dabei können nicht nur die Energie und die Richtung des Primärteilchens bestimmt werden, sondern auch seine Masse.

Der Fluss der kosmischen Strahlung, also der Primärteilchen, die wohl überall im Universum zu finden sind, nimmt mit zunehmender Energie der Teilchen stark ab. Etwas oberhalb einer Energie von 1015 Elektronenvolt ändert sich die „Steilheit“ der Energieabnahme: Dadurch entsteht ein Knick im Spektrum, das „Knie“ der kosmischen Strahlung. Schon mit dem Experiment KASCADE wurde gezeigt, dass die kosmische Strahlung im Energiebereich bis 1017 Elektronenvolt nicht aus Photonen, sondern aus massiven Teilchen, Atomkernen, besteht. Die Teilchen fallen aus allen Richtungen gleich häufig ein – die Strahlung ist isotrop. Außerdem gab es Hinweise, dass der erste Bereich des „Knies“ durch das Wegfallen leichter Primärteilchen entsteht und sich mit der Masse der Primärteilchen zu höheren Energien verschiebt. Dies konnte nun durch die Erweiterung des Energiebereichs mit KASCADE-Grande vermessen werden: Der Knick für Eisenkerne liegt bei knapp 1017 Elektronenvolt.

„Aus den Ergebnissen von KASCADE-Grande können wir schließen, dass die primären Partikel der kosmischen Strahlung nur bis zu Energien um 1017 Elektronenvolt in unserer Milchstraße erzeugt und gespeichert werden können“, fasst Andreas Haungs die Auswirkungen auf unser astronomisches Weltbild zusammen. „Teilchen mit noch höherer Energie haben demnach ihren Ursprung außerhalb der Milchstraße.“ Diese noch energiereicheren Teilchen der kosmischen Strahlung werden vom Pierre Auger Observatorium in Argentinien vermessen, an dessen Aufbau und wissenschaftlicher Auswertung das KIT ebenfalls beteiligt ist.

Das KASCADE-Grande Projekt wird durch eine internationale Kollaboration mit Wissenschaftlern des KIT, sowie der Universitäten Michoacana (Mexiko), Turin (Italien), Lodz (Polen), Bukarest (Rumänien), Siegen und Wuppertal (Deutschland), Sao Paulo (Brasilien) und Nijmegen (Niederlande) betrieben. Nach 5 Jahren Messzeit seit der Erweiterung von KASCADE, sowie weiteren 3 Jahren Betrieb als Testeinrichtung für neuartige Detektoren wird KASCADE-Grande Ende dieses Jahres endgültig abgeschaltet.

Die ersten Analyseergebnisse des reichhaltigen Datensatzes wurden soeben von der wissenschaftlichen Zeitschrift „Physical Review Letters“ online publiziert und erscheinen heute auch in der gedruckten Ausgabe:
"Kneelike structure in the spectrum of the heavy component of cosmic rays observed with KASCADE-Grande", Physical Review Letters (Vol. 107, No. 17):
URL: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.107.171104
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.171104
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

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,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie