Kosmische Strahlung direkte Messungen Vorlesung 07. Dezember 2006 J. Blümer
Motivation Entdeckung der KS in Ballonflügen, Viktor Hess 1912++ direkte Messung der Primärteilchen ohne Atmosphäre Messung von Richtung, A, Z, E über weiten (?) Bereich von E an verschiedenen Orten Aufschluss über Quellen, Beschleunigung, Ausbreitung der KS Instrumente: das gesamte Arsenal der Teilchendetektoren, auf Ballonen und Satelliten installiert Erfolge: detaillierte Messungen bis 10 14 ev; Problem: Intensität E 3
Übersicht Detektoren Teilchenteleskope (Szintillatoren o. ä.) Ionisationsmessung de/dx Flugzeit (TOF) (grobe) Richtungsbestimmung durch Koinzidenzmessungen Parameter in der Bethe-Bloch Gleichung => Teilchen-ID Geschwindigkeit Spur- und Driftkammern (komplexe) Ortsmessungen Cherenkov-Detektoren Teilchen-ID durch Ch.-Effekt Übergangsstrahlung (an dielektrischen Grenzschichten) Messung von γ=e/m (magnetische) Spektrometer Impulsmessung aus p=qbr Kalorimeter Totalsabsorption, Sekundärteilchen-kaskaden
Wechselwirkungsprozesse Übersicht
historisches Teilchenteleskop
Grundlagen Bethe Bloch Kurve v c n I Geschwindigkeit des Teilchens Lichtgeschwindigkeit Ladung des Teilchens in Elementarladungen Elektronendichte mittleres Anregungspotential der Atome, typischerweise
Grundlagen Bethe Bloch Kurve Einfluß von unterschiedlichen Absorbern Teilchenidentifikation/ Teilchenseparation
wichtige Prozesse Cherenkov-Strahlung - Polarisationseffekt der Materie für v > c
Wichtige Prozesse Bremsstrahlung für e - /e +
Kosmische Strahlung - Luftschauer Atmosphärische Tiefe [Strahlungslängen]
Ballonexperimente Experiment Antimaterie HEAT [High Energy Antimatter Telescope] Messziele e +, e - Antiprotonen Energiebereich 5-50 GeV 0,2-30 GeV CAPRICE [Cosmic AntiParticle Ring Imaging Cherenkov Experiment] BESS [Balloon Borne Experiment with Superconducting Solenoidal Spectrometer] Element-und Isotopenzusammensetzung ISOMAX [Isotope Magnet Experiment] TIGER [Trans-Iron Galactic Element Recorder] Energiespektren BETS [Electron Telescope with Scintillating fibers] RICH [Ring-Imaging Cherenkov] JACEE [Japanese-American Collaborative Emulsion Experiment] ATIC [Advanced Thin Ionization Calorimeter] TRACER [Transition Radiation Array for Cosmic Energetic Radiation] RUNJOB [Russian-Nippon Joint Balloon Experiment] BACH [Balloon Air Cherenkov Experiment] e +, e - Antiprotonen atmosph.myonspektren Antiprotonen Antihelium Beryllium 10, Isotope mit 2 Z 8 Elemente 30 Z 40 Elektronenspektrum Proton- und Heliumspektrum Spektren 1 Z 26 Proton- und Heliumspektrum Spektren 8 Z 26 Spektren Z 26 Silizium- und Eisenspektren 0,5-50 GeV 0,25-3 GeV 0,25-100 GeV 0,2-3 GeV/nuc >0,5 GeV/n 10-100 GeV 20-200 GeV/nuc 1-100 TeV 10-10000 GeV <10 TeV/nuc <100 TeV/nuc <1000 TeV/nuc
CRISS Experiment
BESS Experiment Balloon Borne Experiment with Superconducting Solenoidal Spectrometer
TIGER Experiment Trans-Iron Galactic Element Recorder: Cherenkov-Zähler und Fiberglaselemente Cherenkov-Kegel reflektiertes Cherenkovlicht 1200 Fibers je 1mm² Cherenkovzähler Fibers Hodoskop: TeilchenTrajektorie
TIGER Experiment Trans-Iron Galactic Element Recorder: Cherenkov-Zähler und Fiberglaselemente Höhe Flugprofil Flugtag
ISOMAX Experiment Ziel: Messung leichter Isotope, speziell Be-9/Be-10 Verhältnis bis einige GeV/n
ISOMAX Experiment Ziel: Messung leichter Isotope, speziell Be-9/Be-10 Verhältnis bis einige GeV/n
ISOMAX Experiment Ziel: Messung leichter Isotope, speziell Be-9/Be-10 Verhältnis bis einige GeV/n
Ballonexperimente - TRACER
Ballonexperimente - TRACER Transition Radiation Array for Cosmic Energetic Radiation Ziel: direkte Messung der schweren Kerne (Z=8-56) von E= 10 13 - einige 10 14 ev
Ballonexperimente - TRACER
TRACER gemessene Ladungsverteilung
Ballonexperimente - TRACER Cerenkov TR Resultate de/dx 10 14 ev Gesamtenergie
direkte Messungen der KS wichtigste Resultate
Modulation durch solare Aktivität Rigidität
Ballonexperimente gemessene Spektren