Suche nach Antimaterie im Weltraum

Präsentation zum Thema: "Suche nach Antimaterie im Weltraum"—  Präsentation transkript:

1 Suche nach Antimaterie im Weltraum
AMS

2 Vortragsablauf: Einleitung Vorstellung AMS 01 Ausblick/AMS 02
Michael Vennemann

3 Einleitung: Was sind Antiteilchen? …ein bisschen zur Historie
Warum scheint es bei uns keine Antimaterie zu geben? Michael Vennemann

4 Was charakterisiert Antiteilchen?
Haben dieselbe Masse und denselben Spin wie die Teilchen, aber entgegengesetzte elektromagnetische Eigenschaften wie Ladung und magnetisches Moment Gleiche physikalische Gesetze wie für „normale“ Teilchen gültig Michael Vennemann

5 Was charakterisiert Antiteilchen?
Teilchen+Antiteilchen=Vernichtung (Annihilation) (daher auch Einsatz in Medizin) Paarbildung Teilchen/Antiteilchen durch Energieanregung Manche Teilchen sind ihre eigenen Antiteilchen, z.B. Photonen Antimaterie=Zusammenfügen von Antiteilchen Michael Vennemann

6 …ein bisschen zur Historie
Energie eines Teilchens lässt sich berechnen zu normalerweise wird positive Lösung gewählt Nach relativistischer Erweiterung von Quantenfeldtheorie Dirac postuliert 1927 Antiteilchen Michael Vennemann

7 Liste aller bekannten Elementarteilchen/Antiteilchen
Michael Vennemann

8 Frühere Experimente zur Detektion von Antiteilchen
1932: Anderson entdeckt Positron in kosmischer Strahlung (Nebelkammeranalyse) (Nobelpreis 1936) 1955: Segré und Chamberlain entdecken Antiproton im Bevatron in Berkeley (Nobelpreis 1959) 1965: Beobachtung eines Antideuterons (Antiproton+Antineutron) am Protonsynchroton in Cern wie auch am AGS (Alternating Gradient Synchroton) accelerator am Brookhaven National Laboratory Michael Vennemann

9 …weitere bisherige Experimente
1995: CERN: Erzeugung von Antiwasserstoffatomen Häufig: Ballonexperimente 2. Juni 1998: Start der Discovery mit AMS 01 an Bord Michael Vennemann

10 Experiment zur Beobachtung des Antiprotons
S: Szintillationszähler; sprechen nur auf Teilchen mit bestimmter Energie an C: Cerenkov-Zähler; vgl. S Verhältnis der durchgelaufenen Teilchen zu Zahl der Antiprotonen: 1/40000 Michael Vennemann

11 Experiment zur Beobachtung des Antiprotons
Erster Ablenkmagnet: wählt nur negative Teilchen aus Zwischen S1 und S2: M2 als Impulsselektor Signal bei S2 nur, wenn Zeit zw. S1 und S2 „passend“ Michael Vennemann

12 Experiment zur Beobachtung des Antiprotons
Cerenkov-Zähler: Geschwindigkeits-abhängig zur Eleminierung zufälliger Koinzidenz C1 unempfindlich gegenüber Antiprotonen, C2 unempfindlich gegenüber Mesonen Michael Vennemann

13 Ergebnis des Experiments zur Beobachtung des Antiprotons
Michael Vennemann

14 Warum scheint es bei uns keine Antimaterie zu geben?
Große Annihilation nach Entstehung des Universums („erst war beides da“)  Universum besteht nur aus „Überschussmasse“ ( zu Teilchen) CP-Verletzung Ursache des Überschusses Antimateriebereiche im All, die von hier nicht messbar sind Michael Vennemann

15 Bisherige Nachweisversuche von kosmischer Antimaterie
Indirekt: Suche nach charakteristischer Gammastrahlung (durch Vernichtung) Keine so intensive Gammastrahlung messbar Falls Antisterne existieren, liegen sie außerhalb der Reichweite unserer Teleskope (mehrere Mrd. Lichtjahre entfernt) Michael Vennemann

16 Bisherige Nachweisversuche von kosmischer Antimaterie
Direkt: Suche nach Antiteilchen in der kosmischen Strahlung Bisherige Messmethode: Ballonexperimente In oberen Atmosphäreschichten im niederenergetischen Bereich so viele Positronen wie angenommen, im höherenergetischen Bereich mehr Michael Vennemann

17 Bisherige Nachweisversuche von kosmischer Antimaterie
Überschuss könnte systematischer Messfehler sein Wenn nicht, so Hinweis auf bislang unbekannte Quelle hochenergetischer Positronen im Kosmos WIMPS (dunkle Materie) Michael Vennemann

18 Mögliche Quellen von Antiteilchen
Antiteilchen kommen in kosmischer Strahlung vor Zur Entstehung dieser viele Theorien, z.B. Super-Nova-Explosionen (da große Energien mögliche Antiteilchenentstehung), Sonnenflecken, schwarze Löcher, … eorien Michael Vennemann

19 Motivation für AMS 01 Vorteil: im Weltraum Keine störende Atmosphäre
Höhere Präzision als bei vorangegangenen Versuchen Antimaterie könnte detektiert werden (ein Antikohlenstoffkern würde reichen, da nicht zufällig erzeugt werden kann) (nur gezeigt, dass keins bis 10 Mpc) Müsste in Anti-Stern erzeugt sein Michael Vennemann

20 Motivation für AMS 01 Messung des Anteils von Antimaterienukliden in deutlich höherer Genauigkeit Einsatz als Gammastrahlenteleskop Annihilation Erforschung von weiteren Gammastrahlenquellen Michael Vennemann

21 Motivation für AMS 01 Vorbereitung auf AMS 02:
Suche nach dunkler Materie Vorbereitung auf AMS 02: Untergrundstudien Bei Start/Landung Beschleunigungen bis 9g,Temperaturschwankungen zw. -180° und 50 °C etc. Messverfahren unter realistischen Bedingungen testen Michael Vennemann

22 AMS 01 Michael Vennemann

23 AMS 01 Michael Vennemann

24 Aufbau von AMS 01 Nd-Fe-B Permanentmagnet: 2,5 t Bmax=0,14T
Dipolares Feld Michael Vennemann

25 Aufbau von AMS 01 Silizium-Spur-Detektor: Messgenauigkeit: 10 μm
Ladungsvorzeichen Energieverlust (dE/dx) Steifigkeit (rigidity) (Maß für Impuls) Michael Vennemann

26 Aufbau von AMS 01 ToF-Szintillatoren:
Determinierung der Geschwindigkeit und Richtung der einfallenden Teilchen Auflösung: besser als 100 ps Michael Vennemann

27 Aufbau von AMS 01 Antikoinzidenz-Szintillatoren (ACC):
Elimination seitlich eindringender Teilchen Umgibt Silizium-Spur-Detektor zylindrisch Michael Vennemann

28 AMS 01 Michael Vennemann

29 Aufbau von AMS 01 Aerogel Schwellen Cerenkov Zähler (ATC):
Ziel: Trennung von Elektronen und Antiprotonen (bis zu Impuls von 4 GeV/c) Michael Vennemann

30 Aufbau von AMS 01 Low Energy Particle Shield:
Unterdrückung des Untergrundes bis E=5MeV Michael Vennemann

31 AMS 01 Michael Vennemann

32 Ergebnisse von AMS 01: 90 Stunden Datenaufzeichnung
Unterschiedliche Einstellungen und Höhen (h= km) Alle Längengrade, Breitengrade ±51,7° Identifiziert: e±, p, D, He, schwere Kerne Kein Kandidat mit Z=-2 AntiHe/He < 1,1*10-6 Michael Vennemann

33 Ergebnisse von AMS 01: Unerwartet hohe Positronendichte in der Nähe des Äquators Protonen und Elektronen halten sich in einem bis dahin unbekannten Gürtel 400 km über Äquator auf Michael Vennemann

34 Ergebnisse von AMS 01 Michael Vennemann

35 Aufgaben für AMS 02 Messung von hochenergetischen Positronen und Elektronen sowie niederenergetischen Antiprotonen Bestimmung von Teilchen bis Z=25 (AMS 01: Z=2) Suche nach Antikohlenstoff- und Antiheliumkernen in Entfernung von 150 Mpc durch Steigerung der Empfindlichkeit Michael Vennemann

36 Hauptaufgabenfelder der RWTH Aachen
Detektorentwicklung Bau von Subdetektoren Physikalische Analyse der Daten Michael Vennemann

37 AMS 02 auf der ISS Michael Vennemann

38 AMS 02 Michael Vennemann

39 AMS 02 Supraleitender Magnet: Lebensdauer: 3 Jahre ohne Nachfüllen
Dipolares magn. Feld bei 0,87 T Gewicht: 3t Michael Vennemann

40 AMS 02 SRD – Syncroton Radiation Detector
Ziel: Nachweis von TeV Elektronen und PeV Protonen Ladungsvorzeichen-bestimmung Michael Vennemann

41 AMS 02 TRD – Transition Radiation detector: Misst Geschwindigkeit
Messbereich bis 300 GeV für Protonen Elektron/Hadron Trennung besser 10-3 Michael Vennemann

42 AMS 02 RICH: Ring Imaging Cherenkov Detector
Ziel: Ladungsbestimmung bis Z=25 Geschwindigkeits-bestimmung Michael Vennemann

43 Zeitplanung Ursprüngliche Planung: Inbetriebnahme 2005 für 3-5 Jahre auf der ISS Seit Challenger-Unglück muss Zeitplan vermutlich revidiert werden. Michael Vennemann