Auger Prime sucht kosmische Superbeschleuniger

  • 20. November 2015

Pierre-Auger-Observa­torium in Argen­tinien wird fort­geführt und ausgebaut.

Mitte November trafen sich Wissen­schaftler des Observatoriums und Ver­treter der Zu­wendungs­geber im argentinischen Malar­güe zu einem wissen­schaftlichen Sympo­sium über Auger Prime. Eine Verein­barung zum weiteren Betrieb des Observa­toriums bis 2025 wurde bei einem Fest­akt mit vielen internationalen Gästen aus Wissenschaft und Politik – unter ihnen der argentinische Wissen­schafts­minister Lino Barañao – unter­zeichnet. Das KIT war durch Johannes Blümer vertreten, Bereichs­leiter für Physik und Mathematik sowie Mitglied im Aufsichts­gremium von Auger. Er führte die Gäste durch das Proto­koll, in dem alle Redner auf die frucht­baren inter­nationalen Beziehungen verwiesen. ”Dies ist ein guter Tag für die Wissen­schaft, für die fried­volle Länder­kooperation und auch für die jungen Talente in diesem dynamischen und inspirierenden Um­feld“, erklärt Blümer.

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Abb.: Ein Proto­typ von Auger Prime – jeder existierende Wasser-Cherenkov-Detektor mit 12.000 Litern Wasser wird um einen vier Quadrat­meter großen Szintillator erweitert. (Bild: Pierre Auger Coll.)

Das Pierre-Auger-Observa­torium in der Provinz Mendoza ist das welt­weit größte und bekannteste Projekt zur Unter­suchung hoch­energetischer kosmischer Strahlung. Seit 1998 arbeiten dabei mehr als fünf­hundert Wissen­schaft­ler aus 16 Ländern zusammen. Das KIT stellt die stärkste Einzel­gruppe und verantwortet das Projekt­management. Um die Quellen der aus der Tiefe des Universums kommenden Strahlung zu ermitteln, beobachtet das drei­tausend Quadrat­kilometer große Pierre-Auger-Observatorium in der argentinischen Pampa die Luft­schauer, welche die Atom­kerne beim Auf­treffen auf die Erd­atmosphäre erzeugen. Ein Oberflächen­detektor aus 1660 Tanks mit hoch­reinem Wasser, in dem energetische Teilchen Licht­blitze produzieren, und ein Fluoreszenz­detektor aus 27 Teleskopen, die Fluoreszenz­licht in der Atmos­phäre beobachten, registrieren die Millionen von Sekundär­teilchen und Strahlungs­emissionen, welche die kosmischen Teil­chen in der Atmosphäre aus­lösen. Die Beobachtungen dieser Luftschauer werden benutzt, um Eigen­schaften der Primär­teilchen wie Energie, Richtung und Masse zu bestimmen.

Bisherige Ergebnisse haben neue fundamentale Ein­sichten zur Natur der hoch­ener­getischen kosmischen Strah­lung ermög­licht. Vor allem hat sich gezeigt, dass der Fluss bei den höchsten Energien stark abnimmt und dass die maximale Energie der kosmischen Strahlung nun experimentell zugänglich ist. Bei den höch­sten Energien – zigtausendmal höher als der Beschleuniger am CERN je erreichen wird – „implizieren die Daten, dass die Fluss­unter­drückung in der Tat die maximale Kraft der kosmischen Beschleuniger kenn­zeichnen könnte“ erklärt Ralph Engel, Leiter der Gruppe Pierre Auger am Institut für Kernphysik IKP des KIT. Aller­dings ist eine noch detailliertere Messung der einzelnen Luftschauer notwendig, um das Rätsel um die Beschleu­nigungs­orte der kosmischen Strah­lung höchster Energien zu lösen. Nur mit dem Ausbau des Observatoriums zu AugerPrime können diejenigen kosmischen Objekte identifiziert werden, die in der Lage sind, die atomaren Teilchen bis zu solch hohen Energien zu beschleunigen.

Beim Ausbau des Observatoriums zu Auger Prime wird zu jedem der 1660 existierenden Wasser-Cherenkov-Detektoren ein groß­flächiger Plastik­szintillator hinzugefügt, der beim Durchgang von energie­reichen Teil­chen angeregt wird und die Anregungsenergie in Form von Licht wieder abgibt. Dadurch wird es möglich, die verschiedenen Komponenten des Luft­schauers effizient zu unterscheiden und damit die Masse einzelner Primär­teilchen mit hoher Präzision zu bestimmen. Zusammen mit einer Aktualisierung der Auslese­elektronik und einigen weiteren Maß­nahmen wird das Observatorium eine neue Qualität in der Messung riesiger Luft­schauer erreichen.

KIT / SK

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