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Kosmische Strahlung auf der Erde Spektrum Zusammensetzung Messmethoden (direkt und indirekt) Magnetfelder.

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Präsentation zum Thema: "Kosmische Strahlung auf der Erde Spektrum Zusammensetzung Messmethoden (direkt und indirekt) Magnetfelder."—  Präsentation transkript:

1 Kosmische Strahlung auf der Erde Spektrum Zusammensetzung Messmethoden (direkt und indirekt) Magnetfelder

2 Beobachtungen in der Astroteilchenphysik Diffuser Hintergrund und Vordergrund (Rauschen) Instrumentenrauschen Atmosphäre Planetensystem (Sonne) Vordergrundobjekte (Sterne) Galaktische Hintergrundstrahlung (Milchstrasse) Extragalaktische Hintergrundstrahlung Punktquellen Viele* Ereignisse von einer Position am Himmel Ausgedehnte Quellen Viele* Ereignisse einer physikalisch zusammenhängenden Region am Himmel * Viele = ein statistisch relevanter Überschuss im Vergleich zum Hintergrund

3 Physikalische Beobachtungsgrößen Ereignis (event) Teilchensorte (Detektorabhängig) Position am Himmel Energie Differentieller Fluss: Gesamtfluss: 1. Bild (Gesamtfluss pro Ort) Ausgedehnte Quelle Punktquelle 2. Lichtkurve (Gesamtfluss pro Zeitintervall) Variabilität (Zeitskala?) 3. Diff. Spektrum (Fluss pro Energie …) Potenzgesetz (nicht-thermische Quelle) Schwarzkörperspektrum (thermische Quelle)

4 (1)Photonen (>100MeV) Bild, Lichtkurven, Spektren Beobachteter Gesamtfluss Ausgedehnte Quellen und Punktquellen

5 Bild, Lichtkurven, Spektren Blazar PKS Für die Hintergrundstrahlung ist keine Variabilität bekannt.

6 Bild, Lichtkurven, Spektren Diffuse HintergrundstrahlungDiskrete Quellen

7 (2) Neutrinos (>100 TeV) Bild, Lichtkurven, Spektren Diskrete Quellen Sonne Supernova 1987A AMANDA II: All sky map (nur Atmosphärische Ereignisse)

8 Bild, Lichtkurve, Spektren Lichtkurve SN1987ANeutrinohintergrund

9 (3) Geladene Kosmische Strahlung Bild, Lichtkurven, Spektren AUGER: (high energy) All-sky map Keine diskrete Quellen bekannt

10 Bild, Lichtkurven, Spektren Keine diskrete Quellen bekannt

11 Bild, Lichtkurven, Spektrum Variabilität für E<1 GeV 11 Jahre : Sonnenfleckenzyklus 27 Tage : Sonnenrotation …

12 Teilchen der geladenen Komponente Protonen (85%) Heliume (12%) Schwere Kerne (1%) Elektronen Wenig Antiteilchen (Positronen, Antiprotonen) wahrscheinlich nicht primär beschleunigt

13 Elemente-Häufigkeit Vergleich mit solarer Verteilung Solare Verteilung entspricht auch in anderen Sternen der Population II Schlussfolgerung: Teilchen stammen aus Supernovaexplosionen

14 Direkte Messmethoden Stratosphärische Ballons CREAM (cosmic-ray energetics and mass) 40 km Höhe, Antarktis PEBS (Positron Elektron Ballon Spektrometer) Entwicklungsphase PEBS

15 Satelliten AMS Antimaterie, Dunkle MateriePamela, Dunkle Materie

16 Detektoren für ionisierende Strahlung Elektrometer Fadenelektrometer Blasenkammer Emulsionsdetektoren Halbleiterdetektoren Szintilationsdetekoren Cherenkovlichtdetektor

17 Detektortypen: Photoemulsion Röntgen: X-rays, Becquerel: Radioaktive Strahlung Sensitiv bezüglich Elektronen aus Ionisierungsverlusten von geladenen Teilchen Hohe Konzentration Silberbromid (AgBr) in Gelantine Geladene Teilchen erzeugen Elektronen entlang ihrer Flugbahn durch das Gel Es entsteht Silber entlang des Weges Der Rest wird durchsichtig

18 Detektortypen: Halbleiter Geladene Teilchen erzeugen Elektron- Loch Paare Sensitiver als Gasdetektoren: Silikon (3.5 eV) Germanium (2.94 eV) Gas ~30 eV für Ionisierung

19 Detektortypen: Szintilationsdetektor KS erzeugte Elektron Elektron erzeugt Photonen in einem Kristall Photonen erzeugen Photoelektronen in Photokathode Photomultiplier vervielfältigt Elektron Nachteil: Szintilationsmaterial konvertiert nur 3% der Elektronenergie Kathodeneffizienz ist ca % (von 5-10 Photonen an der Photokathode wird nur Elektron frei)

20 Messung durch Ionisation Photonen (Lambert-Beer-Bouguer-Gesetz) ist Absorptionkoeffizient n Anzahldichte Querschnitt der absorbierenden Teilchen Niederenergetische Teilchen ~eV Hochenergetische Teilchen nach Bethe-Bloch Formel

21 Bethe-Bloch-Formel D = MeV cm 2 /g z, : Ladungszahl und Geschwindigkeit des Teilchens Z, A, : Kernladungszahl, Massenzahl und Dichte des Mediums I ~ 16 Z 0.9 eV: effektives Ionisationspotential der Atome des Mediums E max : maximaler Energieübertrag auf ein Hüllenelektron, der sich beim zentralen Stoß ergibt, C sind Dichtekorrekturen bei großen Energien und Schalenkorrekturen bei kleinen Energien

22 Mittlerer Energieverlust

23 Energieverluste Elektronen

24 Beispiel: OGO-1 (1964)

25 Detektor

26 Isotope

27 Geladene Komponente (>100 TeV)

28 Das Knie Beschleunigungsmechanismen in den Quellen der kosmischen Strahlung Beitrag unterschiedlicher Elemente

29 Geladene Komponente (>10 19 eV)

30 GZK-Cut-off Wechselwirkung von hochenergetischen Protonen mit Photonen Optische Tiefe: d= n() dl Kenneth Greisen, Georgi Zatsepin und Vadem Kuzmin (GZK cut-off) Photon P P + 0 Pn e-e-

31 GZK-Cut-off

32 Hochenergetische Ereignisse stammen von Quellen < 50Mpc Galaktische Quellen ? Top-Down Szenarios Auger bestätigt Ereignisse >50 EeV Korrelation mit Supergalaktischen Ebene

33 Anisotropie bei den höchsten Energien Galaktisches Magnetfeld hat fast keinen Einfluss mehr Gyroradius G=10 3 (1TeV): r g =3x10 12 m = 20AU Korrelationsstudie möglich Tabelle AUGER Ereignisse 27 (total),20 (AGB corr),5.0 (erwarte bei Isotropie)

34 Indirekte Beobachtung

35 Vortragsthemen Neutrinosuche mit Radiobeobachtungen Im Eis (Rice) Im Mond (Lunaska, Glue, etc) Lofar Auf der Suche nach Dunkler Materie AMS Pamela Photon-Oszillation Paraphotonen Axionen Kosmische Strahlung bei den höchsten Energien AUGER und AGN


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