Astronomie und Astrophysik 2

Astroparticle

physics

us

geladene

Teilchen: Kosmische

Strahlung

Viktor Hess 1912 imHeißluft-Ballonmit

Elektrometer

Nobelpreis

1936

Cosmic Rays

On Aug. 7th, 1912Viktor Hess demonstrated the increasing fluxof ionizing radiationabove 2000 m

Der

Fluss

der Kosmischen

Strahlung

Energie

[eV]

Teilc

henf

luss

Die kinetische

Energie von einem

Gramm

dieser

Teilchen

deckt den Weltenergiebedarf

für

1000 Jahre!

•

Energieskalen (kosmische

Beschleuniger)

•

Teilchenflüsse

Ein

Teilchen

pro m2

und Sekunde

Ein

Teilchen

pro km2

und JahrGrösster

irdischer

Teilchen- beschleuniger

Ein

Teilchen

pro m2

und Jahr •

Zusammensetzung: (e, p, Atomkerne)

Geladene Teilchen

Zusammensetzung

der

kosmischen Strahlung

+ Elektronen:

Kosmische

Strahlung

in der

TeilchenphysikAnderson 1932: Positron…

…Butler 1947: K0

Pikes Peak (4300m) Col du Midi (3600m)Pikes Peak (4300m) Col du Midi (3600m)

…Myon, Pion, Kaon…

Charged

Particles

=1020eV

GeV TeV PeV EeV

Quellen: kosmische

Beschleuniger

(v/c

der

Schockwelle)

GZK-Effekt(Greisen

–

Zatsepin

–

Kuzmin)

inelastische

Streuung

an der

kosmischenHintergrundstrahlung

(Photonen)

begrenzt maximale Energie ~1020eV

γ π

γ π

+ → +

+ → + +

p pp n

0

Astrophysik und Elementarteilchenphysik

hochenergetischeTeilchenerzeugen

Schauer

in der

Atmosphäre

Nachweis

der

Schauerteilchen

auf dem Erdboden

Nachweis

des Szintillationslichts

am

NachthimmelNachweis

des Cherenkov-Lichts

geladener

Teilchen

am Erdboden

Pierre Auger Observatory, Argentina

Cherenkov light detectorSurface detector station

Pierre Auger Observatory, Argentina

Surface Array1600 detector stations1.5 km spacing3000 km2

Cherenkov Light Detectors4 Telescope enclosures6 Telescopes per

enclosure24 Telescopes total

Primary Particles

Cosmic Neutrinos

•

big bang relics: E < 1meV, ~100/cm3, undetected

•

sun: keV…MeV, flux 5·1011/cm2/s

•

other sources (e.g. supernovae): MeV…GeV, very few

Neutrino-Detektor

Super-Kamiokande

ν

+ Materie

→ μ + Materie

Neutrinos am Südpol

Amanda

Eµ

=10 TeV

IceCube

ν

+ Materie

→ μ + Materie