Vorlesungen Karl-Heinz Kampert

Pierre Auger Observatorium

Suche nach den höchstenergetischen Teilchen im Universum
Die Arbeitsgruppe ist mit wesentlichen Aktivitäten am internationalen Großexperiment Pierre Auger beteiligt. Mit diesem Experiment (Standort Südhalbkugel: Provinz Mendoza/Argentinien; Nordhalbkugel: voraussichtlich Utah oder Colorado/USA) werden die höchstenergetischen Teilchen des Universums mit (makroskopischen) Energien bis über 10²⁰ eV beobachtet. Der Ursprung und die Natur dieser Teilchen sind bislang völlig unbekannt. Als Quellen werden sowohl Jets aktiver Galaxien als auch Reliktteilchen aus Phasenübergängen des frühen Universums diskutiert.
Die Schwerpunktaktivitäten der Wuppertaler Arbeitsgruppe lagen im Aufbau der Kameras der Fluoreszenzdetektoren, des Slow Control Systems für den automatischen ferngesteuerten Betrieb und Überwachung der Fluoreszenzdetektoren. Mit bevorstehender Fertigstellung des Observatoriums zum Ende des Jahres 2007 hat sich der Schwerpunkt der Arbeiten inzwischen stärker auf die Datenanalyse verschoben.

Artikel zu AUGER: Bericht von 3Sat

AMANDA / IceCube Experiment

Neutrinoastronomie am Südpol mit AMANDA (und IceCube).
Am geographischen Südpol wird in internationaler Zusammenarbeit das AMANDA Neutrino-Teleskop betrieben. Mit dem Aufbau des Nachfolgeexperiments IceCube wurde im Winter 2004/2005 begonnen. Im endgültigen Aufbau (etwa 2008) wird das 'Teleskop' ein empfindliches Volumen von über einem Kubikkilometer erreichen. Die Experimente sollen zur Lösung folgender physikalischer Fragen beitragen:
• Was sind die Quellen der kosmischen Strahlung bei ultrahohen Energien ?
• Studien von Aktiven Galaktischen Kernen, Gamma Ray Bursts, Supernova-Explosionen und anderer galaktischer Quellen.
• Suche nach Topologischen Defekten, magnetischen Monopolen, Neutrino-Oszillationen und leichten supersymmetrischen Teilchen (WIMPS).
In Wuppertal werden Beiträge zum Aufbau, zur Phänomenologie, zur Datenanalyse und -interpretation geleistet.

CBM Experiment

Untersuchung baryonischer Materie bei höchsten Dichten und Suche nach dem Quark-Hadron Phasenübergang mit dem Compress Baryonic Matter Experiment bei FAIR.
Das Ziel des Forschungsprogramms zu Kern-Kern Kollisionen am neuen FAIR Beschleuniger der GSI-Darmstadt ist die Untersuchung hadronischer Materie bei höchsten Dichten. Materie dieser Form wird existiert im Innern von Neutronensternen und im Zentrum von Supernova-Explosionen. Im Labor lassen sich derartige Zustände höchster Baryondichten kurzzeitig im Inneren Reaktionsvolumen relativistischer Schwerionenstöße erzeugen. Die erzielten Baryon-Dichten als auch die Temperaturen hängen hierbei von der Strahlenergie ab, so dass durch Variation der Strahlenergie verschiedene Zustände und Phasen start wechselwirkender Materie gezielt untersucht werden können. Das erwartete Phasendiagramm stark wechselwirkender Materie ist im Schaubild rechts gezeigt.

KASCADE-Grande Experiment

Untersuchung der kosmischen Strahlung im Energiebereich des Knie's mit den Luftschauerexperimenten KASCADE-Grande.
Das Experiment befindet sich auf dem Gelände des Forschungszentrums Karlsruhe und dient zur Untersuchung der kosmischen Strahlung im Energiebereich zwischen 10¹⁴ und 10¹⁸ eV. Aus dem Energie- und Massenspektrum der Primärteilchen lassen sich Rückschlüsse auf die Quellen und die Beschleunigungsmechanismen im Universum ableiten. Darüberhinaus gehört u.a. die Suche nach Punktquellen der Gamma-Strahlung zum wissenschaftlichen Programm. Im untersuchten Energiebereich wird der Übergang von galaktischer zu extra-galaktischer kosmischer Strahlung erwartet. Auch diese Frage soll mit dem Experiment beantwortet werden.
Die Aufbauarbeiten bei KASCADE-Grande sind inzwischen abgeschlossen und die Datennahme und Analyse hat begonnen.
Am KASCADE-Grande und später auch am Pierre Auger Experiment wird zudem eine neue attraktive Technik für die Messung von Luftschauern untersucht; der Nachweis von Radiostrahlung.
Einige Artikel von KASCADE: Energiespektrum und Massenzusammensetzung, Test von Wechselwirkungsmodellen, Luftschauersimulationen.

Für Interessierte: Eine kurze Einführung in die Forschungsthematik zur kosmischen Strahlung und zur Neutrino-Astronomie.
Auch in englisch.

Animation einer Luftschauersimulation: Die Anmination (5.3 MB !!) zeigt die Entwicklung eines Luftschauers von der Seite her betrachtet. Als Primärteilchen wurde ein Proton mit einer Energie von 1000 TeV (10¹⁵ eV) gewählt. Die Detektion der Teilchen in den Detektorstationen am Boden wird durch das 'Aufleuchten' symbolisiert.
In der Natur läuft der dargestellte Prozess in nur 0,3 Millisenkunden ab. Ein moderner PC benötigt hierfür ca. 30 Minuten. Die Simulation eines Ereignisses bei 10¹⁸ eV benötigt mehr als 10 Tage auf einem PC!

Die Forschungsvorhaben werden unterstützt vom Land Nordrhein Westfalen, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), der Helmholtz-Allianz für Astroteilchenphysik, sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem DAAD.