Lieber Zuschauer, dieser Untertitel wurde automatisch generiert von Trint und dementsprechend (sehr) fehlerhaft. Wenn du kannst, hilf uns bitte gute Untertitel zu erstellen: https://c3subtitles.de/talk/1073 Danke!
[Musik]
wbar an das ist mir eine große Ehre dich
Ansagen zu dürfen an promoviert gerade
beim desentrum in zeuten das ist bei der
großen Stadt in Berl in oder bei der bei
Berlin der Titel ist kosmische
Teilchenbeschleuniger und ihre Spuren in
der Antarktis anni dein Applaus deine
büde wir hören uns
[Musik]
gleich wunderbar dann erstmal danke
Henning für die traumhafte Ansage wenn
am Ende keine Fragen sind stelle ich
einfach dir Fragen zu kontrollieren ob
du es verstanden hast läuft das wird ein
Traum damit herzlich willkommen zu
meinem Vortrag kosmische
Teilchenbeschleuniger und ihre Spuren in
der
Antarktis ihr wundert euch da unten
stehen zwei Namen das ist der erste
Grund warum ich diesen Vortrag halte
nämlich eigentlich ist das der Vortrag
meines Kollegen der hat allerdings vor
zweieinhalb Wochen festgestellt dass er
leider in Shanghai ist bisschen blöd na
ja der zweite Grund und der viel viel
größere Grund warum ich diesen Vortrag
überhaupt halte ist dass dieses Jahr der
große Durchbruch in der
astroteilenphysik und Astrophysik
tatsächlich einfach in meinem Fachgebiet
lag letztes Jahr ich weiß nicht ob ihr
das alle mitbekommen habt wurden zum
ersten Mal Gravitationswellen aus dem
aus der Verschmelzung von zwei
Neutronensternen gemessen und dieses
Jahr war es groß in den Nachrichten es
konnte zum ersten Mal die Quelle eines
von Icecube gemessenen Neutrinos
identifiziert werden oder wahrscheinlich
identifiziert werden und weil das
tatsächlich für uns ein riesen Ding ist
möchte ich euch jetzt ein bisschen
erklären was diese Entdeckung war wie
wier hingekommen sind und vor allem Ding
warum es so wahnsinnig aufregend ist
warum da so alle alle so stolz drauf
sind also der erste Grund warum alle so
stolz drauf sind ist weil die ganze
Story vor über 100 Jahren angefangen hat
nämlich mit Victor Hess der die
Höhenstrahlung entdeckt hat Anfang des
20 Jahrhunderts
das könnte euch bewusst sein oder nicht
da war gerade Radioaktivität ein großes
Ding das wurde viel erforscht und im
Rahmen der Untersuchung dieser
Radioaktivität haben sich Forscher
überlegt dass sie auch untersuchen
möchten wie unsere Erde denn radioaktiv
so strahlt die strahlt nämlich das ist
hauptsächlich Radon aus irgendwelchen
Uran und
tuiumketten aber es gibt eben eine
natürliche strahenbelastung durch
radioaktivitätor H hatte sich zum Ziel
gesetzt dass er die Abnahme der
Radioaktivität untersucht je nachdem wie
weit man in die Höhe geht und wollte zu
diesem Ziel ballonflüge durchführen
ähm man misst Radioaktivität nicht
direkt sondern man misst einfach wie
sehr die Luft ionisiert ist ähm was
direkt proportional zur Radioaktivität
die vorhanden ist äh ist genau Victor
Hess hat das auch durchgeführt der hat
verschiedene ballonflüge gemacht ihr
seht ihn hier auf dem Bild ah bei Thema
Bild noch ein kleiner Hinweis ihr seht
hier auf diesen Folien immer so
Buchstaben Zahlenkombination alles was
mit B anfängt sind einfach meine
bildreferenzen und unter R habe ich
nachher am Ende der Präsentation ich
lade das auch hoch eine Bibliografie bzw
Referenzen das sind alles
wissenschaftliche Publikationen das sind
die Quellen mit denen ich arbeite die
sind alle Open Access könnt ihr
nachlesen wenn es um die Teleskope oder
sowas geht
euch weiter informieren und eben auch
einfach sehen na was was meine Quellen
sind was meine Informationsquellen sind
okay zurück zu Victor Hess Victor h
führte ballonflüge durch und stellte in
der Tat fest die Radioaktivität wie man
das so vermuten würde die nimmt erstmal
ab wenn mich wenn ich in die Höhe steige
dann allerdings nimmt die irgendwie
wieder zu je weiter es nach oben ging
überhalb einer gewissen Grenze desto
stärker war die Luft ionisiert bei 10000
auf 1000 Höhe auch schon so in etwa 40
mal so stark ionisiert wie auf der Erde
selbst di Hess war jetzt nicht unbedingt
blöd und hat hat sich dann gedacht okay
dann kann diese Strahlung die diese Luft
ionisiert nicht von der Erde kommen
sondern die muss aus dem weltkommen das
war die Entdeckung der sogenannten
kosmischen Strahlung damals noch
Höhenstrahlung genannt und im Prinzip
seit er das festgestellt hat dass da
kosmische Teilchen auf unsere Erde
prasseln und die Luft ionisieren seit
her fragen wir uns h und wo also was ist
denn diese kosmische Strahlung und wo
kommt die her heutzutage misst man die
ein bisschen anders also es gibt
tatsächlich noch ballonexperimente das
letzte große von dem ich weiß hat aber
ein gleiches Schicksal ereignet wie AMS
hier links oben es wurde nämlich auf die
Internationale Raumstation is
transportiert und misst jetzt dort genau
bei niedrigeren
Energien müsst man hauptsächlich im
Weltall selber schlicht und einfach weil
es praktisch ist man ist die ganze Zeit
oben man misst die ganze Zeit muss keine
komischen Ballance äh hoch und runter
ist konvenient diese teilchendetektoren
sehen
z.B jetzt hier AMS das eben auf der ISS
ist
die sehen den teichendetektoren die man
aus der teichenphysik also vom LHC und
so kennt relativ ähnlich also die sind
modular aufgebaut dann gibt's irgendwie
ein Teil der die Geschwindigkeit misst
ein teil der noch mal die
Geschwindigkeit misst interessanterweise
das Herzstück ist so ein Magnet mit
einem Detektor drin der die Spuren der
Teilchen aufzeichnet und wenn man jetzt
ja weiß okay geladene Teilchen werden in
Magnetfeldern abgelenkt dann wie stark
sie abgelenkt werden durch diesen
Magneten der da verbaut ist lässt dann
Rückschlüsse darauf zu
wie sehr sie geladen sind und gerade bei
AMS ganz unten ist noch mal ein
elektromagnetisches kalori met indem die
Teilen gestoppt werden und einfach Ihre
Gesamtenergie gemessen wird das bringt
mich auch schon zum nächsten Punkt
nämlich warum man nicht überall
Satelliten verwenden kann bei höheren
Energien der Teilchen ist das nämlich so
dass die einfach nicht gestoppt werden
in diesem elektromagnetischen
Kalorimeter und auch die Bahn die sie in
den Magneten beschreiben sind relativ
groß der Detektor ist einfach zu klein
um da sinnvoll Messung durchzuführen der
andere Grund warum man bei höheren
Energien nicht mit Satelliten arbeiten
kann ist weil die teichenflüsse sehr
gering werden also ich wir werdet das
nachher noch sehen aber wir reden da
über ein Teilchen pro Kubikkilometer pro
Jahr das ist bisschen blöd also diese
Satelliten sind ja sehr klein da wird
man einfach nie irgendwas messen das ist
nicht praktikabel im Sinne von Statistik
deswegen verwendet man für höhere
Energien eine andere detektionsmethode
die auf der Erde
stattfindet bevor diese Teilchen
tatsächlich auf unsere Erde aufkommen
werden die aber mit den Luftmolekülen in
der Atmosphäre interagieren und was dann
passiert ist es entwickelt sich ein
sogenannter luftschauer also eine
kosmisches
strahlungsteilchen trifft auf die
Atmosphäre Wechsel wirkt mit einem
Molekül in der Luft und dann entsteht so
ein ganzer zo an Sekundärteilchen das
sind Elektronen das sind irgendwie
Mesonen das sind Myonen das ist auch
Licht ihr seht das hier total wunderbar
künstlerisch dargestellt ein ganz
verzweigtes Netzwerk an Teilchen und
diese Sekundärteilchen misst man dann
auf der Erde zu diesem Zweck hat also
das ist jetzt das Beispiel vom Pierre
Observatory ich habe das genommen weil
es einfach das Größte Observatorium ist
das sich damit auseinandersetzt
heutzutage die haben im Prinzip einfach
Wassertanks aufgestellt und in diese
Wassertanks Kameras reingemacht was
diesen Wassertanks nachgewiesen wird ist
die
terenkovstrahlung von den
Sekundärteilchen aus diesem luftschauer
cherenkoffstrahlung falls ihr es nicht
kennt ich bespreche es nachher noch mal
ausführlicher behaltet die Frage nach
dem H was ist das einfach im
Hinterkopf neben diesen Wassertanks hat
o noch ein paar andere Dinge die haben
fluoreszenzteleskope die sie zur
Kalibrierung benutzen diese
fluoreszenzteleskope verwenden einfach
den Effekt dass na dieser ganz g
luftschauer bewegt sich ja durch die
Atmosphäre und diese Teilchen
interagieren die ganze Zeit mit den
Teilchen in der Luft regen die an und
was dann in der Abregung sichtbar wird
ist Fluoreszenzlicht das kann ich mit
ganz großen klassischen Teleskopen
nachweisen außerdem kriegt ein Upgrade
und die werden noch sintilatoren oben
drauf kriegen bzw die haben schon
angefangen um Elektronen bisschen besser
nachweisen zu können und radioartennen
der vollständigkeitalber es gibt nicht
nur es gibt auch noch den telescope
Array der oben in Uta steht der ist aber
deutlich kleiner und interessanterweise
die kriegen auch ein Upgrade die werden
vor allem Dingen mehr Detektoren
bekommen interessanterweise sind sie
danach immer noch so ein ganz bisschen
kleiner als
ich weiß nicht warum sie es nicht größer
gemacht haben aber na
ja so wir haben also neuartige
Methoden um kosmische Strahlen
nachzuweisen und können infolge dessen
auch schon einige
über kosmische Strahlen sagen wir haben
schon ganz schön viel gemessen über die
letzten
Jahrhunderte was ich euch hier zeigen
möchte sind so die Messergebnisse die
man hauptsächlich kennt auf der linken
Seite seht ihr den teichenfluss und den
habe ich insbesondere noch mal
mitgebracht einfach um zu demonstrieren
warum das mit den Satelliten nicht nicht
mehr funktioniert auf der X-Achse ist
die Energie die istind elektronvolt das
ist eine komische Einheit für alle
anderen für teichenphysiker total normal
man kann sich so merken ein elektronvolt
ist die Energie die ein Teilchen gewinnt
wenn ich es in ein Elektron gewinnt wenn
ich es in einer Spannung von 1 Volt
beschleunige
ähm zur Illustration habe ich auch noch
mal eingezeichnet wo die Energien sind
die man am LHC so erreicht und auf der
Y-Achse habt ihr einfach nur wie viele
Teiche pro Quadratmeter oder Kilometer
pro Zeiteinheit treffen da auf unsere
Atmosphäre man sieht in diesem blauen
Bereich sind es noch relativ viele das
ist ein Teilchen pro Quadratmeter pro
Sekunde das heißt mit meinen
Quadratmeter großen Satelliten messe ich
da noch relativ viel im mittleren
Bereich da am Ende dieses roten Bereichs
ist es dann ein Teilchen pro
Quadratmeter pro Jahr da wird's schon
ein bisschen wenig und tatsächlich ganz
rechts ein Teilchen pro Kubikkilometer
pro
Jahr da brauche ich Detektoren wie wie
das UG Observatory das einfach 3000
Quadratkilometer abdeckt an
Fläche neben der Information wie viele
Teiche mit welcher Energie finden wir so
haben wir auch
Richtungsinformation auf der rechten
Seite seht ihr die ankunftsrichtung der
kosmischen Strahlen gemessen von
og wenn ihr euch fragt warum das oben
schwarz ist wie gesagt
steht unten in
Argentinien die können einfach nicht im
Norden messen das sehen die nicht
außerdem ist da eingezeichnet diese
richelte Linie das ist die galaktische
Ebene und das galaktische Zentrum ist
dieser
Stern genau die haben mal aufgezeichnet
aus welcher Region im Himmel sehen Sie
mehr und sie sehen ganz eindeutlich
eindeutig mehr Teilchen hier unten
rechts das was so grünlich eingefärbt
ist man könnte sagen ja okay wenn ich
jetzt weiß wo in welcher Richtung ich
die Teilchen messe dann kann ich auch
direkt die Frage beantworten was die
Quellen
sind man weiß ein bisschen was über die
Quellen man weiß dass bei den niedrigen
Energien wenn wir jetzt noch mal zu dem
Plot da links gehen der blaue Streifen
das sind im Prinzip alles solare
kosmische Strahlen die kommen aus der
Sonne das hat man z.B überprüft indem
man sich anschaut wie korreliert das was
wir messen mit der Aktivität der Sonne
im mittleren Bereich der
rote sind die Teilchen hauptsächlich aus
unserer Galaxie woher weiß man das na ja
so ganz genau weiß man es nicht aber man
weiß na ja kosmische Strahlen das sind
nun mal geladene Teilchen also das sind
irgendwie 90% Protonen 9% Heliumatome
und der Rest teilt sich auf in so
schwerere Atomkerne und irgendwie ein
bisschen Elektronen Positronen sowas
aber alles
geladen und diese geladenen Teilchen
werden durch Magnetfelder abgelenkt
Magnetfelder gibt's z.B in unserer
Galaxie die ihr hier einmal ich ich
finde einfach die Bilder aus der
Astrophysik
und die Wege die diese Teilchen durch
die
Magnetfelder
beschreiben der Krümmungsradius hängt ja
von der Energie ab und nun ist es so
dass bei den niedrigeren Teilchen das
galaktische Magnetfeld dafür sorgt dass
diese Teilchen sich im Prinzip die ganze
Zeit in unserer Galaxie weiter aufhalten
werden und die Wahrscheinlichkeit dass
sie aus unserer Galaxie
herauskommen ist extrem gering die
werden vorher agieren weil also das sind
Milliarden von Jahren die die einfach
gefangen sind durch diese Magnetfelder
in unserer Galaxie deswegen wissen wir
dass bei mittleren Energien kosmische
Strahlen vermutlich aus unserer Galaxie
selbst kommen bei den höchsten Energien
ist es allerdings so dass die Teilchen
in der Lage sind aus der Galaxie
rauszukommen und diese gebogenen
Trajektorien diesen Trajektorien die ihr
da seht zu
folgen das heißt wir wissen bei den
höchsten Energien kommen kosmische
Strahlen von irgendwo weit weg und nur
damit es einmal klar ist für den Rest
des Vortrags werde ich hauptsächlich
über diese höchsten Energien von
kosmischen Strahlen reden nicht über
welche die aus unserer Galaxie selbst
kommen außerhalb von unserer Galaxie
gibt's allerdings eine Menge Objekte es
gibt irgendwie auch sehr viele
sehr sehr sehr starke Objekte schwarze
schwarze Löcher und Gammastrahlenblitze
und sonst was und außerhalb unserer
Galaxie haben wir trotzdem immer noch
das Problem dass die kosmische die
kosmische Strahlung abgelenkt wird durch
Magnetfelder und dass die
ankunftsrichtung unds auch für die
höchsten Energien nicht direkt zu den
Quellen zurückführen kann und deswegen
ist es tatsächlich so dass auch über 100
Jahre nach dieser diesen ersten
ballonflügen von Victor Hess überhaupt
nicht klar ist wo diese Teilchen
herkommen man untersucht das natürlich
und man versucht dafür vor allem Ding
andere Teiche noch zu verwenden denn
unser Universum sendet ja nicht nur
Protonen und Heliumkerne aus sondern
noch eine ganze Menge andere Dinge und
auf der Suche nach den Quellen dieser
ultra hochenergetischen kosmischen
Strahlen könnte man jetzt zunächst mal
den Standardansatz nehmen nämlich wir
gucken was ist denn besonders hell wir
schauen uns die Photonen an die unser
Universum
so
emittiert und das schöne an Licht ist
also ich meine wir kennen Licht aus
unser unserem Alltag aber Licht als
Informationsträger ist wahnsinnig
vielseitig ihr seht hier unsere
Milchstraße im optischen Bereich also
das was wir sehen wenn wir im Prinzip
einfach mit unserem Auge auf die
Milchstraße gucken würden was wir nicht
tun aber
gut und auch das ist schon wahnsinnig
beeindruckend aber elektromagnetische
Strahlung hat halt noch ganz viele
Wellenlängen in Bereichen die einfach
nur unser Auge nicht wahrnehmen kann und
wenn man mal die Milchstraße in allen
möglichen Wellenlängenbereichen ansieht
dann kriegt man ein sehr viel diverseres
Bild von diesem Objekt
ähm und kann auch sehr viel mehr
Information letztendlich
extrahieren und das Schöne ist auch
jeder jeder einzelne Wellenlängenbereich
erzählt etwas über unterschiedliche
Eigenschaften jetzt in diesem Fall der
Milchstraße also z.B im Radiobereich äh
sieht man Emissionslinien von ähm
atomaren Wasserstoff das heißt ich kann
indem ich Radiobereich Messung mache
sehen wo ist wo sind sehr warme
Gaswolken oder Staubwolken die viel
atomaren Wasserstoff haben ebenfalls im
Radiobereich sieht man auch den
molekularen Wasserstoff also wo sich
Wasserstoff zu H2 zusammengetan hat und
man kann damit messen wo die etwas
kälteren Staubwolken sind daneben im
Infrarotbereich z.B leuchtet Staub der
durch das Sternlicht das ja im optischen
Bereich ist angeregt wird sich dann
wieder abregt und eben Infrarot
strahlt und wir haben bei den höchsten
Energien das was uns eigentlich auch
interessieren würde wir suchen ja nach
den Quellen von diesen hochenergetischen
kosmischen Strahlen das heißt es sind
geladene Teilchen die auf sehr hohe
Energien beschleunigt wurden und in
dieser Beschleunigung oder werden sie
sich bewegen strahlen die die ganze Zeit
die Strahlen wenn Sie abgelenkt werden
die Strahlen wenn sie mit anderen
Teilchen interagieren das heißt was man
hier sieht ganz unten in diesem X-ray
und Gamma Ray Bereich xray ist
renstrahlung gammaaray ist
Gammastrahlung auf
Deutsch das könnten tatsächlich uns
Hinweise liefern darauf was die Quellen
von kosmischen Strahlen sind ja also
könnte da gibt's nämlich diverse
Probleme mit dem Licht das erste ist
dass bei den höchsten Energien das Licht
nicht besonders weit kommt in unserem
Universum es gibt da etwas das nennt
sich die kosmische
Hintergrundstrahlung die erfüllt unser
ganzes Universum das ist ein Relikt aus
den frühen Zeiten des Universums
als das Universum erst noch optisch
dicht war und dann optisch dünn wurde
dann wurde ganz plötzlich ganz viel
Strahlung freigesetzt das sehen wir
heute als den kosmischen
mikrowellenhintergrund und ab einer
gewissen Energie sind Photonen in der
Lage mit diesem kosmischen mikrowobellen
Hintergrund zu agieren und das sorgt
dafür dass sie auf ihrem Weg zur Erde
halt interagieren und dann es halt nicht
mehr herchaffen das heißt und das seht
ihr auch hier auf der Grafik rechts da
ist einmal unten die Energie
aufgezeichnet die die Photonen also das
Licht haben und auf der Y-Achse seht ihr
wie weit kommen die Photonen mit diesem
Licht und ich hoffe ihr könnt es gut
erkennen so in etwa bei 10 hoch 14 10 15
Elektronen Volt
kommen die diese Lichtteilchen einfach
mal in etwa bis zum galaktischen Zentrum
also das sind so kilopasek
Entfernung das ist einfach nicht weit
genug wir haben ja schon festgestellt
das ist dass diese kosmischen Strahlen
nicht aus unserer Galaxie kommen sondern
von weit entfernten Objekten ja wenn ich
aber nicht weit gucken kann dann also
das funktioniert ja
nicht der zweite Grund warum Licht als
Informationsträger nicht ausreichend ist
ist ja Licht hochenergetisches Licht
deutet auf hochenergetische Teilchen hin
es müssen aber einfach nicht unbedingt
Proton oder Heliumkerne die die
kosmische Strahlung ausmachen sein das
könnten auch einfach Elektronen sein das
heißt es ist einfach keine eindeutige
bestim also es bestimmt einfach nicht
eindeutig dass eine Quelle auch
kosmische Strahlen produziert und der
letzte ist eher so ein praktischer Punkt
na ja also wenn ich Licht messen will
dann muss es halt dunkel sein wenn ich
unten auf der Erde bin oder ich muss
wieder Satelliten bemühen und mein
Teleskop muss ausgerichtet sein das
einfach von der Messer keit nicht
besonders praktikabel immer das heißt
die Frage wäre gibt es denn noch andere
Informationsträger die wir auf unserer
Suche nach den Quellen der kosmischen
Strahlung verwenden könnten und jetzt
kommen wir zum dritten Boten zu den
Neutrinos ich möchte jetzt ein kleinen
Einschub machen was denn eigentlich noch
mal Neutrinos waren weil im Gegensatz zu
irgendwie Proton und so hat das nicht
jeder im Kopf dazu einmal ein kleiner
Exkurs ins Standardmodell der Teich
Physik also unsere komplette Materie ist
aus aufgebaut aus Leptonen und Quarks
und zwar aus Leptonen und Quarks der
ersten Familie up und down Quarks Form
Protonen und Neutronen und die wiederum
dann die Atomkerne und um die Atomkerne
außenrum sind dann Elektronen und so
erhalten wir unsere gesamten
Atome wie gesagt ab und down das
bezeichnet man als Quark und neben dem
Elektron gibt es auch noch ein
sogenanntes elektronneutr das auch ein
Lepton
ist es gibt allerdings nicht nur diese
erste
teilchenfamilie aus der
unsere die Materie um uns herum ist
sondern es gibt das ganze noch mal in
zwei weiteren
Ausführungen die sind gleich im Sinne
von Eigenschaften wie Ladung und sowas
die sind nur einfach schwerer und in
jeder dieser Teilchen Familien gibt es
ein Neutrino Neutrinos wie gesagt sie
machen nicht unsere Materie die Materie
um uns rum in dem Sinne aus aber z.B bei
so radioaktiven betzerfällen sind die
maßgeblich
beteiligt was für Eigenschaften haben
Neutrinos die sind nicht geladen die
haben fast keine Masse also ich glaube
vor 3 vi Jahren gab es den Nobelpreis
für den Beweis dass Neutrino eben
Neutrinos eben doch eine Masse haben
aber die ist wirklich verschwinden
gering also die bewegen sich im Prinzip
mit
Lichtgeschwindigkeit und sie
interagieren nur über die schwache
Wechselwirkung deswegen man sie auch
häufig als Geisterteilchen
bezeichnet wie schwach diese
Wechselwirkung ist das kann man sich mal
ein bisschen verbildlichen indem man
überlegt wie viele Neutrinos in auf den
Körper prasseln pro Sekunde und
zwar pro Kubikzentimeter und ihr könnt
euch das vorstellen auf unser Haut pro
Kubikzentimeter pro Sekunde sind das 65
Milliarden
Neutrinos offensichtlich merkt man davon
nichts das heißt die Wechsel wirken
einfach nicht mit unserem Körper oder
wirklich sehr sehr selten mit unserem
Körper so jetzt wissen wir noch mal ganz
kurz was Neutrinos waren jetzt brauchen
wir noch mal die Verbindung zu den
kosmischen Strahlen nun ist es so wenn
in astrophysikalischen Quellen oder in
deren Umgebung kosmische Strahlen sind
dann interagieren die da ja mit anderen
kosmischen Strahlen also mit anderen
Protonen oder Heliumkernen oder mit
Licht und aus dieser Interaktion fallen
immer im Prinzip immer relativ hufig
trinus raus die tragen ca 5% der
Primärenergie das heißt wenn ich sehr
hochenergetische kosmische Strahlen habe
wie die über die wir jetzt hier sprechen
dann habe ich auch sehr hochenergetische
neutrinus einfach so ein Faktor 100
weniger aber ganz im Gegensatz zu Licht
bedeutet einfach dass wenn eine eine
Quelle neutrinus emittiert dass da auf
jeden Fall kosmische Strahlen auch vor
Ort waren denn ansonsten hätten die
nicht erzeugt werden können
auf unserer Suche nach den Quellen für
hochenergetische kosmische Strahlen sind
die also ein ziemlicher Jackpot die knen
ewig weit reisen weil sie nicht so weit
nicht so sehr interagieren und sie
würden wirklich beweisen dass da
kosmische Strahlen sind in den
Quellen man möchte also Neutrinos messen
das ist ein bisschen tricky aus dem
gleichen Grund wie ähm wie wie wie sie
soweit kommen die interagieren kaum ich
möchte euch jetzt hier einen Detektor
vorstellen nämlich den Ice Cube detector
das ist im Prinzip einfach im Moment der
Neutrino detekor für sehr hohe
neutrinoenergien der die höchste
Sensitivität hat ich glaube für niedri
niedrigere Energien gab es hier auf dem
Kongress auch ein Talk das ist Hyper
kamokande aber ich glaube das war am
ersten Tag ja es gibt auch noch andere
Detektoren die Sie diese hohen Energien
ab Decken und abdecken sollen vor allem
Dingen auch in Zukunft ich möchte es nur
namentlich einmal nennen das wäre C TH
net das wird im Mittel mehr gebaut und
GVD im beikalsee für hier und heute
allerdings der eisc
Detektor Ice Cube ist ein ein
kubikilometer großer Detektor im
antarktischen Eis und das ist ein
wahnsinnig großes Projekt da sind 200
über 250 Wissenschaftler weltweit
beteiligt und ist auch einfach ein
schönes Beispiel für
grenzenüberschreitendes zusammenarbeiten
also ja was Ice Cube macht ist es
detektiert die Strahlung
wechselwirkender
neutrinus und zwar man detektiert nie
die neutrinus direkt sondern man
detektiert Leptonen die aus der
Interaktion eines Neutrinos kommen ihr
seht das hier rechts unten und ich
möchte die Grafik einmal kurz
erklären also man hat ein
elektroneutrino das da links oben
reinkommt und das interagiert mit einem
Proton oder Neutron unten im Eis die
beiden tauschen ein weboson aus also wer
sich mit Teilchen aus Physik auskennt
und dabei wird das Proton oder das
Neutron im Eis umgewandelt und das
elektroneneutrino wird in ein Elektron
umgewandelt und was ich am Ende
Nachweise das ist dieses Elektron und
die tenkofstrahlung dieses
Elektrons jetzt auch noch mal kurz der
Exkurs zu was ist den chenkoffstrahlung
chenkoffstrahlung ist im Prinzip ein
Überschallknall nur für
Licht also wenn ein Teilchen sich im
Medium schneller bewegt als Licht dann
entsteht
chirenkoffstrahlung und nein das Zeichen
bewegt sich immer noch nicht schneller
als Licht im Vakuum nur in dem Medium
ist das Licht langsamer weil es die
Leute irgendwie häufig verwirrt es ist
immer noch langsamer als die
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum nicht ist
schneller als die Lichtgeschwindigkeit
im Vakuum man kennt jenkoffstrahlung z.B
auch von Atomreaktoren das ist das Bild
da oben rechts die glühen immer so blau
das ist genau der gleiche Effekt und
deswegen noch einmal zusammengefasst mit
dem Bild hier unten also wir nehmen
jetzt mal an wir wollen ein
elektronneutrino nachweisen wie
funktioniert das das
elektronneutrino kommt in den Detektor
Wechsel wirkt dort es entsteht ein
Elektron und dieses Elektron macht
scherenkoffstrahlung und die will ich
nachweisen zu dem Zweck haben sie ein
riesendetektor gebaut also ein
Kubikkilometer
und ganz schön viele ganz schön viele
Kameras um dieses blaue Licht
aufzuzeichnen genauer gesagt
60 die immer also das sind im Prinzip so
Seile und alle 17 m hängt da so eine Art
Kameramodul für blaues Licht diese Seile
sind mit 125 m Abstand gebaut
und beginnen ab einer Tiefe von
anderthalb kilomet im Eis und reichen
dann eben ein Kil weiter 1 Kilom weiter
runter ecbe hat aber übrigens also nicht
nur diese
86
Seile die jeweils 125 m voneinander
entfernt sind es gibt auch noch ganz
innen das ist hier als deepcore
bezeichnet gibt es noch einen Teil der
ein bisschen enger gefüllt ist um ein
paar andere Messungen nachzu zu machen
und es gibt oben e
toop das ist im Prinzip so ein so ein
Detektor wie auch og Observatory das
heißt das sind eistanks mit denen man
dann kosmische Strahlung
nachweist Cube möchte genauso wie o was
ich euch vorhin erzählt habe auch ein
Upgrade machen die möchten Ihr
detektorvolumen verzehnfachen und sie
möchten auch deepcore in deepcore drin
noch mal ein bisschen was engeres bauen
ähm sind da haben aber im Gegensatz zu
noch nicht angefangen also wir möchten
diese cherenkoffstrahlung nachweisen und
dafür werden alle 17 m an irgendwelchen
Seilen optische Module aufgehängt und
weil also ich finde das einfach so
beeindruckend wie das gebaut wird habe
ich noch ein paar Fotos mitgebracht
man muss sich das ja erstmal vorstellen
man muss da zweieinhalb Kilometer tief
ins Eis bohren und interessanterweise
wie sie das gemacht haben ist also
nachdem sie durch den Schnee muss man
normal bohren aber dann fürs Eis selber
verwendet man
heißwasserbohrer denn wenn ich mit
heißem Wasser auf Eis dann schmilzt es
ja
einfach und dann haben sie im Prinzip
dadurch so eine Säule an stehendem
Wasser gehabt und dann haben Sie in
dieses Wasser einfach Ihre ihre Seile
reingelassen und haben gewartet bis
wieder einfriert das hat wirklich extrem
gut funktioniert ich meine die haben
2004 bis Ende 2010 glaube ich gebaut und
offensichtlich kommt man an diese
digitalen optischen Module an diese
kamer Dinger diese runden Blops kommt
man nie wieder dran wenn die da mal
eingefroren sind aber bis heute sind
mehr als 98% von diesen Dingern noch
funktionstüchtig also wirklich
beeindruckend so sieht das dann aus also
das ist ja auch alles unter extremen
Bedingungen man ist da in der Antarktis
am Südpol und Versuch versucht einen
riesen Detektor zu bauen total
beeindruckend würde man im Eis stehen
sehee das Ganze in etwa so aus und bevor
wir uns noch mal mit den Neutrinos
beschäftigen einmal noch kurz wie ist so
ein optisches Modul eigentlich
aufgebaut also im Prinzip sind diese
digitalischen digitalen optischen Module
einfach Kameras für blaues Licht das
Herzstück ist dieser weiße blop den ihr
auf
der auf dem Bild links seht das ist ein
PMT eine fotomultiplier Tube das müssten
die Elektrotechniker und sowas unter
euch kennen das heißt da fällt einfach
Licht aus ein und das wird in
elektrisches Signal umgewandelt ich
möchte euch noch auf zwei interessante
Sachen hinweisen wie ich finde das eine
ist dieses me Metal Grid das ist um das
Erdmagnetfeld abzuschirmen und was ich
auch extrem witzig fand immer ist dieser
dieses flasherbard das ihr auch links in
der Grafik sieht seht und zwar hat jedes
dieser die digitalen optischen Module
neben dem Mainboard das halt irgendwie
Daten sammelt und dann alle Sekunde mal
hoch schickt auch noch selbst eine
Lichtquelle mit dem sie Lichtblitze
erzeugen können um das digitalische
optimische Modul in dem Seil nebendran
kalibrieren zu können ich ich find
einfach gut okay diese digitalischen
optischen Module messen
dieinkaufstrahlung und wir schauen uns
jetzt einfach mal an wie das denn so
aussieht wenn da ein elektronneutrino in
den Detektor kommt
wie gesagt das Wechsel wirkt da entsteht
ein Elektron und das Elektron macht
schenoffstrahlung ihr seht jetzt bei dem
Video gleich links tatsächlich wie
dieses Lichtsignal aussieht im
kompletten Eis und auf der rechten Seite
seht ihr wie der Detektor das wahrnimmt
also links seht ihr da fängt etwas an
das ist genau dann wenn das Elektron
erzeugt wurde und jetzt das Besondere
bei Elektronen ist dass sie die ganze
Zeit also sobald sie erzeugt werden
wechselwiken die sofort wieder mit
anderen Teilchen in diesem Eis und es
entstehen ganz viele Elektronen die
jeweils so ein cherenkof Kegel machen
und das im Endeffekt ergibt es dann so
eine große
Kugel rechts so sieht das dann im
Detektor aus schon wier Weg
schade beim nächsten Mal beim nächsten
Bild die zeigen das immer indem sie so
Blops an die einzelnen digitalischen
optischen Module zeen zeichnen je größer
der blop das deutet einfach nur do mehr
Energie wurde in diesem einen Dom
deponiert und die Farbcodierung ist
immer eine zeitcodierung also das zeigt
einfach nur an wann da Licht gemessen
wurde so sieht das aus wenn
elektronneutrino reinfliegt in den
Detektor wenn myonneutrino reinfliegt
dann sieht das Ganze ein bisschen anders
aus myonneutrinos erzeugen naturgemäß
Myon und nicht Elektron und Myon sind
nicht ganz so interaktionsfreudig wie
die Elektronen die haben deutlich
längere Lebensdauer und
dementsprechend fliegen die einfach
relativ straight durch diesen Detektor
durch man sieht das links finde ich sehr
sehr schön dass die einfach eine relativ
gerade Spur hinterlassen und diese
gerade Spur sieht man dann eben auch in
diesen einzelnen digitalischen digitalen
optischen
Modulen auf der rechten
Seite man kann sich auch direkt schon
denken was die Vor und Nachteile dieser
zwei eventsorten sind nämlich my
neutrinus haben eine super
Winkelauflösung also diesem Track kann
man einfach 0,2° genau ne 0,4 glaube ich
genau bestimmen wo das herkam dafür
fliegen diese myren halt auch aus dem
Detektor raus bzw kommen schon von außen
und deponieren ja auch außerhalb des
Detektors Energie das heißt es ist ein
bisschen schwieriger
rückzuschließen wie viel Energie die
hatten als bei diesen kugeldingern die
immer komplett im Detektor drin sind die
haben eine bessere energieauflösung
dafür ist da die die richtungsauflösung
relativ schwierig weil er einfach nicht
so ein gerader Track da ist das sieht
jetzt alles relativ schön aus in der
Realität ist das größte Problem bei
Icecube allerdings der Hintergrund
icecbe misst in etwa Z
astrophysikalische Neutrinos mit diesen
extrem hohen Energien die sie die sie
gerne hätten pro
Jahr zur gleichen Zeit also in einem
Jahr messen sie allerdings auch 100000
Atmosph Neutrinos und 10 Milliarden
atmosphärische Myon also das heißt es
sind es ist einfach ein wahnsinnig
großer Hintergrund in diesem Detektor
und tatsächlich wenn man sich mal
anschaut wie 10 Millisekunden aus der
Sicht von icecbe aussehen das ist ein
Feuerwerk der Synapsen also dass sie da
noch irgendwelche Daten rauskriegen
finde ich total
beeindruckend hier sieht man auch schon
diese grünen Striche die reinreffen das
sind atmosphärische
my es gibt verschiedene vetosysteme um
damit umzugehen z.B werden nur kann man
sagen man nimmt nur Events die schon mal
durch die Erde durchgeflogen sind bevor
sie im Detektor
aufkommen damit sortiert man
atmosphärische myen ganz gut raus oder
man definiert sich das Äußere den
äußeren Layer seines Detektors als
Veto und sagt okay was in diesem Veto
drin ist das nehmen wir nicht als Event
auch gegen Myon gegen atmosphärische
Neutrinos kann man z.B ja wenn da
atmosphärische myren zur gleichen Zeit
gemessen wurden dann ist auch kein Event
oder man sagt okay so grob ab 100
teraelektronen Volt nee 300 glaube ich
ab 300 teraelektronenvt gibt es fast
keine atmosphärischen Neutrinos mehr das
heißt da ist man relativ
backgroundfi und tatsächlich hat Ice
Cube einige Neutrinos als
astrophysikalische neutrinus
identifiziert seit 2012 seit sie
angefangen haben zu messen der erste
große Erfolg war dass sie die ersten 28
damals in 2013 präsentieren konnten hier
noch mal auch mit wo sie waren und bis
heute hat man so Größenordnung 100
Neutrinos gemessen und man kann so Späße
machen wie man zeichnet mal wie bei den
kosmischen Strahlen aus wie viele
Neutrinos Pro energieintervall hat man
da so nun hat man ja aber eigentlich
diesen Detektor gebaut wen man die
Quellen von diesen hochenergetischen
kosmischen Strahlen finden
wollte ja was sind denn n die Quellen
von diesen Neutrinos wie man das angeht
ist dass man normalerweise guckt okay
ich ich messe ein hochenergetisches
Neutrino und ich schaue jetzt mal liegt
in der Richtung irgendein bekanntes sehr
starkes astrophysikalisches Objekt
irgendein blazar oder
gammaastrahlenblitz oder so aber man hat
halt nie was gefunden also man hatte
dann tatsächlich diesen tollen neuen
Fluss an
an an astrophysikalischen
neutrinus und wusste einfach bisher auch
überhaupt nicht wo kommen die denn jetzt
her ja also eher ein zusätzliches Rätsel
anstelle der Lösung eines alten
Rätsels und das bringt mich jetzt final
endlich dazu was dieses Jahr
veröffentlicht wurde nämlich es wurde
zum ersten Mal ein Neutrino gemessen und
die Quelle dieses Neutrinos konnte
zugewiesen werden es gibt dieses
Neutrino konnte einem blazard zugeordnet
werden den man aus Messung von
fotonen kennt
in unserer Welt sieht das Ganze übrigens
so aus diese
Neuigkeiten und natürlich noch viel mehr
davon und natürlich habe ich den nature
astronomy Artikel aus meiner
Arbeitsgruppe reingepackt und nicht
irgendeine andere
Quelle okay
aber die Quintessenz davon ist aha wir
haben ein ein Neutrino gemessen und zwar
ein sehr hochenergetisches wieder so 290
ter Elektronenvolt vermutlich und dieses
Neutrino konnte mit einem blazar also
das kam aus der Richtung in der ein
blazar liegt der zu dem gleichen
Zeitpunkt auch noch besonders aktiv
war kleiner Exkurs was ist ein blazar im
Prinzip ist ein blazar einfach der Kern
einer der aktive galaktische Kern einer
weit entfernten Galaxie das ist ein
super massives schwarzes Loch und es
treibt ein Jet an und dieser Jet ist in
Richtung Erde bz Milchstraße
orientiert ich möchte da jetzt noch mal
kurz ein Wort zu sagen dieses AGN also
aktive galaktische Kerne active Galactic
nuclei da gibt es ganz viele
verschiedene Wörter für lasst euch davon
nicht verwirren die sind alle historisch
bedingt es gibt dann Schema wie die alle
vereint werden können und ernsthaften
blazar das ist einfach nur ein aktiver
galaktischer Kern mit einem Jet der in
unsere Richtung
zeigt blasare haben relativ
charakteristische Strahlung die sind gut
erkennbar in ihrem elektromagnetischen
Spektrum und so alle paar Jahre blitzen
die auf und bleiben über ein paar Wochen
oder Monate
angeregt was genau da strahlt in diesem
blazar das ist ein
bisschen bisschen komplexer und möchte
ich euch jetzt gerne also diese diese
zwei
wunderschönen Videos sind übrigens auch
von Desi also von im Institut mit
hergestellt und im Rahmen dieses dieser
Entdeckung und ich finde sie
wunderschön
also wie sieht so ein aktiver
galaktischer Kern aus der Nähe aus und
was strahlt denn da überhaupt nun
zunächst mal hat man dieses Schwarze
Loch in der Mitte und da ist so eine
agretionsscheibe außenrum diese
aggretionsscheibe strahlt im
ultravioletten und die Strahlung die da
rauskommt die heizt
m Wolken an die über diese dies
akretionsscheibe sind diese Wolken
werden angeregt regen sich dann wieder
ab und
emittieren linienemission das ist die
sogenannte broadline Region hier auch
als breite Spektrallinien noch mal
gekennzeichnet die sind breit schlicht
und einfach weil diese Wolken sich
bewegen und die dopplerverschiebung die
aufweitet um die agrtionsschreibe herum
ist ein dustorus also ein staubtorus der
das ganze manchmal verdeckt und vor
allem Ding haben diese aktiven
galaktischen Kerne eben ein
ein relativistischen Jet der wird
gepowert von agretion von
Materie und bewegt sich mit
relativistischen Geschwindigkeiten in
diesem Jet sorgen Turbulenzen dafür dass
Teilchen beschleunigt werden können und
zwar Elektronen und Protonen und diese
Teilchen Strahlen dann wiederum im
elektromagnetischen Spektrum und das ist
das was wir sehen
so damit zurück zu unserer
Entdeckung hier links oben seht ihr das
eine Neutrino Event das da gemessen
wurde und es ist ganz bemerkenswert auch
wie das von statten ging also Ice Cube
hat so ein alertsystem und die haben
also esind myonneutrino das heißt es hat
sehr gut rekonstruierte Energie und dann
haben sie ein Alert
rausgegeben und gesagt hey wir haben
hier so ein 300 knapp 300 terelektronvt
Neutrino mal all eure Teleskope optisch
X-ray alles aus und guckt ob ihr da was
findet und tatsächlich haben sie
rausgefunden dass dieses Mal zum ersten
Mal aus der gleichen Richtung wie dieses
Neutrino kam auch Gammastrahlung
gemessen werden konnte und zwar von
einem blazar den man schon eine Weile
kennt und der auch schon paar Monate
angeregt war was sie dann zusätzlich
noch gemacht haben ist icecbe ist in
ihrer seit 2012 gesammelten Daten
zurückgegangen das ist das was ihr hier
unten seht ja das geht noch ein bisschen
weiter zurück als 2012 weil bevor der
Detektor fertig war haben sie einfach
schon Teile des Detektors Betrieben
deswegen geh geht das auch weiter zurück
als 2012 als die Fertigstellung war und
dabei haben sie gefunden dass im in der
Periode 2014 bis 2015 es noch mal eine
vermehrte ne Messung aus der Richtung
dieses blazars gab und zwar sind das
irgendwie so 10 15 Neutrinos gewesen ich
möchte da jetzt aber auch noch direkt
ein paar Sachen dazu sagen nämlich in
dieser Periode 2014
2015 da war dieser blasan nicht nicht
aktiver als sonst in Gammastrahlung also
der sah aus wie immer schön ruhig aber
soll anscheinend mehr neutrinus
emittiert haben und während dieses Event
das sie in 2017 gemessen haben das ihr
oben seht
ganz gut mit den Modellen die wir so
haben erklärbar ist und auch gut
simuliert werden kann stellt dieses
dieser historical Flare wie man die
erhöhte Emissionen
201425 nennt tatsächlich eine etwas
größere Herausforderung da es ist so
dass mit den Modellen die wir haben da
braucht man ein
sehr krasses Parameter fine tuning um
das irgendwie erklären zu können bzw ich
habe solche Modelle gesehen wie
dass das dadurch erklärt wird dass ein M
ein Stern in den Jet reinfliegt und das
macht dann diese vermehrte
neutrinoproduktion also da braucht man
exotischere Modelle und man hat
tatsächlich Schwierigkeiten das zu
erklären
aktuell
aber was trotzdem bleibt ist dass
wir zum ersten Mal in der Lage waren
die die Quelle eines hochenergetischen
Neutrinos vermutlich zu
identifizieren und ich möchte jetzt noch
mal kurz zwei von diesen Headlines
Highlighten nämlich was bedeutet das es
bedeutet nicht das was links steht dass
das Origin das der origin of mystery
space radiation finally found wir haben
eine Quelle gefunden die
wahrscheinlich ein Neutrino emittiert
hat das bedeutet nicht dass alle
Neutrinos jetzt von blasaren wie diesem
txs kommen in der Tat ist deren Beitrag
zum von eiscbe gemessenen Fluss deutlich
limitiert es ist außerdem so dass wir
dann als Rückschluss daraus lernen
können dass in dieser einen Quelle
vermutlich Protonen vorhanden waren
heißt aber auch nicht nicht dass alle
kosmischen ultrahochenergetischen
kosmischen Strahlen aus dieser Quelle
kam oder nur aus dieser Quellen dieser
Art kommen könnten das bedeutet das
alles nicht aber es ist ein Anfang und
es ist das erste Mal wie gesagt dass
dass wir mit diesen großen
neutrinodetektoren tatsächlich
Astronomie betreiben
können und in dem Sinne das weiter unten
auf der rechten Seite das trifft es
schon eher es ist ein breakthrough
und das was damit begonnen hat wird mit
neuen Observatorien wie CTA das gebaut
wird mit Upgrades wie ICE cuube das wird
weitergeführt werden und dann werden
mehr Messungen dazu kommen wir werden
unsere Modelle
verbessern und dann hoffentlich in
Zukunft irgendwann die Frage beantworten
können woher denn kosmische Strahlen nun
eigentlich kommen damit danke
schön
anni eine Punktlandung Alter ich bin ich
bin selbsterstaunt ästhetische Bilder
schöne Farben ruhig vorgetragen und die
Schnittfolge so beruhigend ach ja was
der zpunkt da gerade wohl verpasst
hat wir haben ich habe sogar auch was
gelernt was hast du gelernt Henning das
wenn du wenn du vorher gesagt hättest
floressierendes Teleskop hätte ich
gedacht das wä eins was von selber
leuchtet damit man das dem Dunkel besser
findet ist auch ein fluoreszenzteleskop
ich habe doch nichts gelernt wie schade
wie schade
wir haben Mikrofone offen stellt euch da
einfach mal hin guck die Leute springen
schon auf da ganz hinten haben wir was
der Signal Angel wint das heißt wir
haben eine Frage aus dem Internet oh
Gott ja schieß mal los
hi zwei drei Folien vorher hast du
diesen Grafen gehabt über den zeitlichen
Verlauf da war die Frage was der GAP
zwischen 2015 und 2016
ist
ah
tatsächlich das ist ja nur eine Analyse
dieser GAP also um ganz ehrlich zu sein
müsste ich selbst ins noch mal nachlesen
in
dem in dem paper ich nehme aber also das
ist ja nur ein GAP der in der Analyse da
stattfindet also die haben zwei gemacht
dass diese gauschenanalysis in die Box
schibt und vielleicht haben sie da ihr
zeitwindow irgendwie
beschränkt aber genau weiß ich es auch
nicht es ist auf keinen Fall irgendwie
ein messgap sondern in
der in der Interpretation danachiert ich
kann das nicht beantworten das also da
weiß ich noch weniger als
du das Internet
uplaudiert dann gehen wir doch mal rüber
auf Mikrofon 2 bitte ja hallo ähm vielen
Dank für den Vortrag der war wirklich
sehr sehr schön ich habe die Frage
du hast gesagt dass Neutrinos etwas
langsamer als Licht Geschwindigkeit
fliegen wenn wir jetzt so ein Neutrino
detektieren haben wir sozusagen
überhaupt die Chance dass wir vorher
m von der Quelle sozusagen über Licht
oder über Gravitationswellen was
mitbekommen haben in unserer Lebenszeit
also die sind die sind so leicht die
Fliegen im Prinzip mit
Lichtgeschwindigkeit ja ja auf jeden
Fall das müsste Koinzidenz sein das ist
eine minimale Verschiebung weil also die
Massen die die haben sind so gering ja
ja wir müssten das im im zur gleichen
Zeit detektieren sehr cool danke die
Technik macht's möglich wir schalten
jetzt in den hinteren Bereich des Raumes
auf Mikrofon Nummer 4 haben wir
Möglichkeiten zu beeinflussen ob ein
eine Neutrino durch Masse durchfliegt
oder ob es mit der Masse
reagiert nein also das ist einfach ein
wahrscheinlichkeitsprozess das kann man
nicht beeinflussen du kannst natürlich
mehr Materie davor bauen in der Hoffnung
dass mehr Materie dann dafür sorgt dass
es früher interagiert weil es ja früher
auf mehr trifft aber im Prinzip nein
schön wär
es das scheint als ob alle Fragen
beantwortet werden oh mensch ich heim
sag mal war das eigentlich dein erster
Talk für so einer großen Menschenmasse
ja war das dein Letzter Talk vor so
einer großen Menschenmasse also wenn es
nächste mal mein Kollege nicht
vielleicht in Shanghai ist würde den
Talk dann auch das nächste Mal wieder
abgeben das ist doch mal ein Wort das
sind schöne Schlussworte und dankeön
[Applaus]
[Musik]
an