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

2 1. Einleitung
Abbildung 1.1.: Entwicklung des Universums nach der Urknalltheorie [1].
können werden aber auch weiterhin Detektoren wie das High Energy Antimatter Telescope
(HEAT) an Ballons auf etwa 40 km Höhe an den Rand der Erdatmosphäre gebracht.
Die modernste Art kosmische Strahlung zu vermessen bilden Satelliten gestützte Experimente
wie der AMS-02 Detektor. Dieser ist ein moderner Teilchendetekor mit hoher
Akzeptanz im Energiebereich bis zu einigen TeV. Er befindet sich seit Mai 2011 auf der
Internationalen Raumstation und kann dort in fast vollständiger Abwesenheit von atmosphärischen
Einflüssen kosmische Strahlung direkt und über einen langen Zeitraum vermessen.
Er ist ausgestattet mit einem Silizium Spurdetektor im Magnetfeld eines Permanentmagneten,
einem Flugzeitdetektor, einem Ring abbildenden Tscherenkow Detektor,
sowie einem Übergangsstrahlungsdetektor und einem elektromagnetischen Kalorimeter.
Eine ähnliche Konfiguration ohne Übergangsstrahlungsdetektor und Kalorimeter wurde
in einem 10-tägigen Testflug mit dem Space Shuttle Discovery im Jahr 1998 getestet und
nach überzeugenden Ergebnissen für einen dauerhaften Einsatz im All bis mindestens 2020
aufgerüstet. In Abbildung 1.2 ist der AMS-02 Detektor an seiner aktuellen Position auf
der Internationalen Raumstation zu sehen, wo er in den letzten 22 Monaten bereits 30 Milliarden
Teilchen messen konnte. Mit seinen Messungen wird der AMS-02 Detektor einen
großen Beitrag zur Beantwortung der Frage nach Dunkler Materie und darüber hinaus
liefern.
So wird beispielsweise der Anteil des Positronenflusses in der leptonischen Komponente
der kosmischen Strahlung gemessen, der ein Indiz für Annihilation von bisher unentdeckten
Teilchen der Dunklen Materie sein kann. 2012 beobachtete der Payload for Antimatter
Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics (PAMELA) Detektor einen unerwarteten
Anstieg im Positronenanteil, der von AMS-02 genauer untersucht und dessen Messung
zu höheren Energien hin erweitert werden wird. Da Positronen selten in primären Quellen
erzeugt werden, sind sie ein sensitives Indiz für Zerfalls- und Stoßprozesse, die im
Kosmos ablaufen. Auf die Bedeutung des Positronenanteils für die Suche nach Dunkler
Materie wird in Kapitel 2 näher eingegangen. Um bei einem Verhältnis des dominierenden
Protonen- zum Positronenfluss von etwa 10 3 weniger als 1% Protonenkontamination in
der Positronenauswahl zu erreichen wird dabei eine Protonenunterdrückung von 10 6 angestrebt.
Die zur Trennung dieser beiden Teilchenarten wichtigen Subdetektoren im AMS-02
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