von DIRK EIDEMÜLLER
Bei Teilchenphysik denkt man meistens an große Beschleuniger, etwa an den Large Hadron Collider (LHC) bei Genf. Diese riesigen Maschinen bringen verschiedene Arten von Partikeln auf extrem hohe Energien und lassen sie dann miteinander kollidieren. Doch in den Anfangsjahren der Teilchenphysik lief die Forschung ganz anders: Studienobjekt und -werkzeug zugleich war die Kosmische Strahlung. Sie besteht aus Partikeln mit wesentlich höheren Energien, als man sie selbst heute mithilfe der Beschleunigertechnik erreichen kann.
Entdeckt wurde die Strahlung von dem österreichischen Physiker Viktor Hess, als er 1912 bei wagemutigen Ballonfahrten eine mit der Höhe ansteigende Komponente ionisierender Strahlung feststellte. Eigentlich hatte er eine Abnahme erwartet, da er sich von den Strahlungsquellen der Erde – etwa uranhaltiges Gestein und seine Zerfallsprodukte – entfernte. Stattdessen nahm die Intensität der Strahlung ab einer gewissen Höhe deutlich zu.
Inzwischen ist sehr genau bekannt, dass die Kosmische Strahlung aus einer großen Anzahl von Teilchenarten mit sehr unterschiedlichen Energien besteht: etwa Röntgen- und Gammastrahlung, Elektronen, Protonen, schweren Atomkernen, auch Antimaterie.
Sehr selten erreichen Partikel extreme Energien, die der kinetischen Energie eines mit 200 Kilometer pro Stunde schnellen Tennisballs entspricht – konzentriert auf einen einzelnen Atomkern. Das liegt mehrere Größenordnungen über dem, was selbst der LHC leisten kann. Die Herkunft dieser Partikel ist immer noch ein Geheimnis – eines von vielen bei der Erforschung der Kosmischen Strahlung.
„Auch bei den weniger energiereichen Teilchen gibt es noch offene Fragen. Erst kürzlich hat sich ein weiteres Rätsel aufgetan“, sagt Lisa Romaneehsen von der Universität Kiel. Die Astrophysikerin wirkt in einem internationalen Forschungsteam mit, das die Daten des AMS-Experiments auswertet.
Spezialdetektor im Weltraum
AMS ist die Abkürzung für Alpha Magnetic Spectrometer: ein außergewöhnliches Stück Technik. Es handelt sich um einen hochintegrierten Teilchendetektor, der mehrere Nachweismethoden in sich vereint – sozusagen die Kompaktausgabe eines Teilchendetektors, wie er auch am LHC zu finden sind. Nur steht AMS nicht auf der Erde, sondern kreist um sie als größtes Einzelexperiment an Bord der Internationalen Raumstation (ISS).
„Das Herzstück und der Namensgeber des Detektors ist ein starker, zylindrisch geformter Magnet, in dessen Zentrum sich ein Silizium-Tracker befindet“, beschreibt es Romaneehsen. Damit kann man die gebogenen Spuren bestimmen, die geladene Teilchen der Kosmischen Strahlung hinterlassen, wenn sie durch das Magnetfeld fliegen. Stärke und Richtung der Ablenkung verraten, um welche Teilchenart es sich handelt. Vervollständigt wird der Apparat durch eine Reihe weiterer Detektoren, mit deren Kombination die Kosmische Strahlung sehr genau vermessen werden kann.
