Hochleistungsrechnen und kosmische Strahlung: Das AMS-Experiment auf der Internationalen Raumstation. Henning Gast RWTH Aachen

Transkript

1 Hochleistungsrechnen und kosmische Strahlung: Das AMS-Experiment auf der Internationalen Raumstation Henning Gast RWTH Aachen 1

2 Fragen an AMS-02: Gibt es Galaxien aus Antimaterie im Universum? Woraus besteht die dunkle Materie? Wie setzt sich die kosmische Strahlung zusammen?

3 Zu jedem Teilchen gibt es ein Anti-Teilchen. Sie unterscheiden sich nur durch das Ladungsvorzeichen. Wenn Teilchen und Anti-Teilchen aufeinander treffen, zerstrahlen sie. Elektron Q= 1 Positron Q=+1 3

4 Suche nach Antimaterie im Universum AMS auf der ISS Das Universum ist im Urknall entstanden. Nach dem Urknall muss es gleiche Mengen an Materie und Antimaterie gegeben haben. 4

5 Suche nach Antimaterie im Universum AMS auf der ISS Das Universum ist im Urknall entstanden. Nach dem Urknall muss es gleiche Mengen an Materie und Antimaterie gegeben haben. 5

6 Gibt es Galaxien aus Antimaterie?

7 Atomkerne werden in Supernovae auf sehr hohe Energien beschleunigt und werden zu kosmischer Strahlung. Kepler's SNR 7

8 Image: GALEX, JPL-Caltech, NASA; Drawing: APS/Alan Stonebraker Physik der kosmischen Strahlung

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10 In der Ladebucht der Endeavour 10

11 STS-134 Start 16. Mai :56 Uhr 11

12 Endeavour nähert sich der Internationalen Raumstation. 12

13 AMS wird auf der ISS installiert und beginnt die Datennahme 19. Mai

14 AMS: eine internationale Kollaboration 15 Länder, 44 Institute und 600 Physiker FINLAND UNIV. OF TURKU RUSSIA ITEP KURCHATOV INST. NETHERLANDS GERMANY ESA-ESTEC NIKHEF RWTH-I. KIT - KARLSRUHE KOREA USA MIT - CAMBRIDGE NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER NASA JOHNSON SPACE CENTER UNIV. OF HAWAII UNIV. OF MARYLAND - DEPT OF PHYSICS YALE UNIVERSITY - NEW HAVEN FRANCE LUPM MONTPELLIER LAPP ANNECY LPSC GRENOBLE PORTUGAL LAB. OF INSTRUM. LISBON TURKEY METU, ANKARA SWITZERLAND ETH-ZURICH UNIV. OF GENEVA SPAIN CIEMAT - MADRID I.A.C. CANARIAS. MEXICO UNAM ITALY ASI IROE FLORENCE INFN & UNIV. OF BOLOGNA INFN & UNIV. OF MILANO-BICOCCA INFN & UNIV. OF PERUGIA INFN & UNIV. OF PISA INFN & UNIV. OF ROMA INFN & UNIV. OF TRENTO CHINA EWHA KYUNGPOOK NAT.UNIV. CALT (Beijing) IEE (Beijing) IHEP (Beijing) NLAA (Beijing) SJTU (Shanghai) SEU (Nanjing) SYSU (Guangzhou) SDU (Jinan) TAIWAN ACAD. SINICA (Taipei) CSIST (Taipei) NCU (Chung Li) 14

15 AMS-02: Spektrometer für kosmische Strahlung TRD Identifizieren e+, e- TOF Z, E 1 TRD Silicon Tracker Z, P Magnet ±Z TOF TOF ECAL E von e+, e-, γ RICH Tracker 3-4 RICH Z, E 9 ECAL 15

16 1 von Ereignissen: vorne 1.03 TeV Elektron Seite TRD: identifiziert Elektron Tracker und Magnet: messen Ladung und Impuls ECAL: identifiziert Elektron und misst seine Energie 16

17 AMS Computing in Deutschland Zwei Säulen: JARA-HPC Partition JUAMS Partition am JSC 2013: 2.6 Millionen Core-h 2014: 4.15 Millionen Core-h 2015: 5.5 Millionen Core-h 2016: 8.5 Millionen Core-h 2000 Cores für AMS-Computing Rechenzeit wird verwendet für: Prozessierung der AMS-Rohdaten Erstellung eines vereinfachten Datensatzes für die Analyse Monte-Carlo Simulationen des AMS-Experiments Datenanalysen unserer Arbeitsgruppe 17

18 Datenfluss und Datenprozessierung zusätzlich: simulierte Datensätze in erheblichem Umfang 18

19 Massive AMS Datenproduktion: 70 Milliarden Ereignisse innerhalb von 3 Wochen prozessiert. 2015/16 Helium Simulationen: 35 Milliarden vollständig simulierte Helium-Ereignisse. 19

20 AMS-02 Übergangsstrahlungsdetektor (TRD) Misidentifiziert nur 1 von Protonen als Positron.

21 Teilchenidentifikation mit AMS-02 Kosmische Strahlung: Auf jedes Positron kommen Protonen! Protonen 1 Positron 21

22 Teilchenidentifikation mit AMS-02 Kosmische Strahlung: Auf jedes Positron kommen Protonen! Protonen 1 Positron AMS-02 muss extrem gut verschiedene Teilchen unterscheiden können. (mehr als tausend mal pro Sekunde) 22

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25 Die AMS-Daten sind von außergewöhnlicher Präzision. 25

26 Protonen, Helium, Lithium 300 Millionen Ereignisse 50 Millionen Ereignisse 2 Millionen Ereignisse une rwa rte t unerwartet unerwartet Die AMS-Daten zeigen, dass konventionelle Modelle der kosmischen Strahlung unvollständig sind. 26

27 AMS-Ergebnisse zu Antiprotonen Dunkle Materie? Prod uk t io n durc h g ew öhnl iche kos misc he Strah lung DM Gibt es Hinweise auf dunkle Materie in den AMS-Daten? 27

28 Suche nach Anti-Helium In 700 Millionen Helium-Ereignissen haben wir eine Handvoll Kandidaten gefunden, die mit Z = 2 und der Masse von Helium verträglich sind. Um die Herkunft dieser Ereignisse endgültig zu klären, brauchen wir mehr Daten und ein noch besseres Verständnis des Experiments. 28

29 Herzlichen Dank für die Unterstützung!