IEKP-KA/2013-8 - Institut für Experimentelle Kernphysik - KIT

1. Einleitung
Die Teilchenphysik kommt mit Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider
(LHC) am europäischen Kernforschungszentrum CERN 1 in Genf der Antwort auf die Frage
nach den Bestandteilen der Materie immer näher. Doch aus astronomischen Messungen
weiß man, dass nach derzeitigem Kenntnisstand nur ein Bruchteil der im Universum
gemessenen Materie erklärt werden kann. Etwa 80% der Masse im Universum wird aus
sogenannter Dunkler Materie gebildet, für die noch kein geeigneter Teilchenphysikalischer
Kandidat identifiziert werden konnte.
Um Teilchen der Dunklen Materie zu identifizieren werden aktuell verschiedene Ansätze
verfolgt:
• Direkte Messung durch Kernwechselwirkungen.
• Erzeugung und Nachweis an Beschleunigerexperimenten.
• Indirekte Messung aus Annihilationsprodukten in der kosmischen Strahlung.
Das Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) als neuster und leistungsfähigster Detektor
zur Vermessung der kosmischen Strahlung widmet sich der indirekten Messung Dunkler
Materie und ist damit unter Punkt drei einzuordnen.
Die Beobachtung kosmischer Strahlung begann 1912 mit deren Entdeckung durch Viktor
Hess (Nobelpreis 1936) und bildet seit dem die grundlegende Methode der Astroteilchenphysik,
als eine Disziplin die Methoden der Astrophysik und der Teilchenphysik gemeinsam
nutzt und damit eine Verbindung zwischen dem Kleinsten und dem Größten bildet.
Bahnbrechende Erfolge der Astroteilchenphysik waren die Entdeckung des Positrons, als
erstes Teilchen der Antimaterie, durch Anderson 1932 (Nobelpreis 1936) und die Entdeckung
der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung 1965 durch Penzias und Wilson
(Nobelpreis 1978). Die Beobachtung dieser in der Urknalltheorie vorhergesagten elektromagnetischen
Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich bildete ein starkes Argument
für das Urknallmodell. Dieses beschreibt die Entwicklung des Kosmos wie sie in Abbildung
1.1 dargestellt ist.
Heutzutage werden Teilchen der kosmischen Strahlung mit hochmodernen Detektoren und
komplizierten Analysemethoden vermessen. Dazu werden unter anderem Detekorfelder, wie
beim Auger Observatorium in Argentinien, errichtet, die durch kosmische Teilchen ausgelöste
Teilchenschauer messen und daraus das Primärteilchen rekonstruieren. Die Erdatmosphäre
fungiert dabei als Kalorimeter. Um kosmische Teilchen direkt vermessen zu
1 franz.: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire
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