Kosmische Strahlung. Hochenergetische Teilchen aus dem Weltall. Thomas Hebbeker RWTH Aachen Seniorenstudium
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- Dieter Schmitt
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1 Kosmische Strahlung 1.0 Hochenergetische Teilchen aus dem Weltall Thomas Hebbeker RWTH Aachen Seniorenstudium oder: google hebbeker
2 Kosmische Strahlung Entdeckung / Eigenschaften Einflüsse auf Erde Hochenergetische Teilchen Kosmische Quellen Auger-Observatorium
3 Kosmische Strahlung? Art: schnelle geladene Elementar -Teilchen (vor allem Protonen p) Quelle: außerhalb der Erde e - m Nachbargalaxie n Andromeda 3 Millionen Lichtjahre Kern aus Protonen p und Neutronen n Proton aus Quarks Atom aus Elektronen e und Kern p +
4 Energie Energie-Einheit der Atom-und Teilchenphysik: ev = Elektronenvolt = Energie nach Durchfliegen einer Spannung von 1 V Elektron im Atom 1 ev Teilchenbeschleuniger ev ev = 1GeV = 1TeV Kosmische Strahlung ev = 1EeV = 0.16 Joule
5 Kosmos - Weltall - Universum Galaxien Andromeda-Galaxie 3 Millionen Lj Lj Aachen Das Sonnensystem in der Milchstrasse
6 Wirkung und Nachweis geladener Teilchen Ionisation Freies Elektron Rekombination Licht Chemische Reaktion
7 Experiment Elektrometer Freie Elektronen Wird Luft ionisiert, bewegen sich die Elektronen zum Elektrometer und entladen es.
8 Elektrometer-Messungen von Viktor Hess ElektrometerEntladungsgeschwindigkeit Nobelpreis 1936 Ionisation Kosmische Höhenstrahlung 1912 Entdeckung der kosmischen Höhenstrahlung! Radioaktivität der Erde Unerwarteter Anstieg!
9 Kosmische Strahlung (Höhenstrahlung) ~ m 2 s ~ 100 m 2 s Auf Erdboden kommen praktisch nur die Myonen (= schwere Elektronen ) an.
10 Experiment Nachweis kosmischer Myonen Licht Myon Myonen der Höhenstrahlung werden so nachgewiesen. Sie durchdringen Materialien
11 Kosmische Strahlung Entdeckung / Eigenschaften Einflüsse auf Erde Hochenergetische Teilchen Kosmische Quellen Auger-Observatorium
12 Polarlicht Thierry Le Mouel Niederenergetische Teilchen von der Sonne ( Sonnenwind ) spiralen um Magnetfeldlinien der Erde und regen Luftmoleküle zum Leuchten an. e p
13 Wolkenentstehung? Abgaspartikel wirken als Kondensationskeime, Wasserdampf kondensiert in Form von Kondensstreifen und Wolken. Auch kosmische Strahlung kann möglicherweise die Wolkenbildung und damit das Klima beeinflussen.
14 Blitzentstehung? Julian Stratenschulte Kosmische Teilchen setzen Ladungen frei, entlang derer sich Blitz als Funke entwickelt.?
15 Ionisierende Strahlung und Mensch Arten: geladene Teilchen Röntgenstrahlung Radioaktive Zerfälle Kosmische Strahlung Medizin Wirkungen: o Ionisation und Rekombination Zerstörung von Molekülen und Zellen (Krebs) -/+ Veränderung des Erbgutes (Missbildungen, Evolution!)
16 Strahlenexposition des Menschen Natürliche Quellen: Im Körper deponierte Energie: ~ 1 m Sv / Jahr ~ 1 m Gy / Jahr ~ 0,001 J/kg / Jahr ~ 0,1 J / Jahr Atemluft (Radon) Interne Radioaktivität (K-40) Kosmische Strahlung externe Radioaktivität 100 g um 10 cm anheben 10 μg Schokolade 1/1000 s Sonnenbad Technische Quellen: Im Körper deponierte Energie: ~ 1 m Sv / Jahr ~ natürliche Exposition Erhöhte Strahlung!
17 Kosmische Strahlung Entdeckung / Eigenschaften Einflüsse auf Erde Hochenergetische Teilchen Kosmische Quellen Auger-Observatorium
18 primär Messungen von Pierre Auger sekundär 300 m Detektor 1938 Jungfraujoch Geiger-Müller-Zählrohre Ergebnis: ~ gleichzeitiges Ansprechen der Detektoren in 300 m Abstand Ausgedehnte Luftschauer Abschätzung: 1 Millionen Sekundärteilchen, Energie ev!!!
19 Agasa-Detektor ~1995 Japan 111 Wassertanks (Lichtmessung) Energiemessung: Lichtmenge Richtungsmessung: Ankunftszeiten ~ 1μs Hochenergetischer Schauer Energie bis ~ ev!!!
20 Ergebnisse der Luftschauer-Messungen Teilchenfluss Energiespektrum primärer Teilchen Messung mit Satellit/Ballon Richtungsverteilung Messung am Boden Himmelskarte Energie/eV Hohe Energien sehr selten, keine Energiegrenze isotrope Verteilung
21 ISS Geladene Strahlung primär (Protonen, Kerne) Energie bis ev sekundär Fragen: Woher kommen die Teilchen? Wie hoch kann die Energie sein? Wie werden sie beschleunigt? Myonen
22 Kosmische Strahlung Entdeckung / Eigenschaften Einflüsse auf Erde Hochenergetische Teilchen Kosmische Quellen Auger-Observatorium
23 Fragen Fragen Fragen Kosmische Quellen geladener Teilchen? Beschleunigungsmechanismus? Ablenkung? (Magnetfelder) Absorption? (Wechselwirkung mit Photonen)
24 Ablenkung in kosmischen Magnetfeldern Simulationsrechnungen 1018 ev 1020 ev Bei Ankunft auf Erde: keine Richtungsinformation
25 Experiment Ablenkung im Magnetfeld Magnet Kathodenstrahlröhre
26 Herkunft hochenergetischer kosmischer Teilchen Energiespektrum primärer Teilchen Hypothesen: Supernovae in Milchstrasse? = Sternexplosionen Aktive Galxienkerne?????????????????
27 Supernovae Quellen kosmischer Strahlung George Kelvin Sterbender Stern erzeugt durch Kernprozesse schwere Elemente NASA NASA SN1987A (~ Milchstrasse) Schockwellen (elektromagnetische Felder) beschleunigen Teilchen Äußere Hülle des sterbenden Sterns wird abgestoßen Krebs-Nebel Milchstrasse
28 Supernova - Chemie Vor der Sternbildung: 75 % 25 % (Masse) Wasserstoff Helium Am Ende des Sternenlebens: NASA
29 Supernova - Chemie Vor der Sternbildung: 75 % 25 % (Masse) Wasserstoff Helium Am Ende des Sternenlebens: Wir bestehen aus Sternenasche!
30 Supernova - Chemie Vor der Sternbildung: 75 % 25 % (Masse) Wasserstoff Helium Am Ende des Sternenlebens: Wir bestehen aus Sternenasche! Wir sind kosmische Strahlung!
31 Supernovae - wo und wann? SN1987A Galaxie NGC4526 NASA HST Galaxie NGC 1232 (~ Milchstrasse) Galaxie wie unsere Milchstrasse: Ein Ausbruch alle ~ 30 Jahre ESO Supernova-Ausbruch Schwere Elemente werden im Universum verteilt
32 Supernovae und kosmische Strahlung Galaktische Magnetfelder Zeit- und Richtungsinformation gehen verloren!
33 Aktive Galaxienkerne (AGN) Vermutung: Zentrum der meisten Galaxien: schwarzes Loch Beim Hineinfallen wird viel Energie freigesetzt: Jets HST: M87 in Virgo NASA AGNs = Quellen höchstenergetischer? kosmischer Strahlung NASA
34 Kosmische Strahlung Entdeckung / Eigenschaften Einflüsse auf Erde Hochenergetische Teilchen Kosmische Quellen Auger-Observatorium
35 Auger-Observatorium Energie bis 100,000,000,000 GeV! untersucht höchstenergetische kosmische Strahlung Herkunft 24 x Teleskope (Flluoreszenzlicht) 1600 x Wasser-Tanks (geladene Teilchen)
36 Auger-Observatorium Argentina 50 km telescopes FD altitude 1400 m Tanks SD (1500 m apart) 3000 km 2
37 Mönchengladbach Auger-Observatorium Argentina 50 km Aachen Köln
38 Hochenergetisches kosmisches Teilchen Fluoreszenzlicht: wie von einer Glühbirne mit Lichtgeschwindigkeit! 5 km 50 km Simulation
39 AUGER - Wassertanks Myon
40 AUGER Fluoreszenz-Teleskope Messungen nur nachts!
41 Auger-Fluoreszenzteleskop Kamera: 440 Pixel (PM) 1/ s ASA Leuchtspur eines Schauers in Kamera
42 Auger Observatorium
43 Auger - Erste Ergebnisse - Energiespektrum Teilchenfluss Übereinstimmung mit anderen Experimenten Sehr hochenergetische Schauer gesehen!
44 Auger Erste Ergebnisse - Richtungsverteilung Hier nur sehr hochenergetische Teilchen KEINE zufällige Richtungsverteilung! Gemessene Herkunftsrichtungen Himmelskarte Positionen von Aktiven Galaxienkernen Viele hochenergetische kosmische Teilchen scheinen aus Galaxien mit massiven schwarzen Löchern zu kommen!
45 Zukunft des Auger-Observatoriums Messungen über viele Jahre zweiter Standort Colorado/USA Neu: Radio-Nachweis J. Cronin A. Watson Antenne aus Aachen
46 Auger-Gruppe III. Physikalisches Institut
47 Zusammenfassung Teilchen der kosmischen Strahlung = Boten ferner kosmischer Beschleuniger NGC 3190 (ESO)
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