Elementarteilchen und kosmische Strahlung

Leiter: Lucia

Um das Universum zu verstehen, stand Astronomen lange Zeit nur ein Weg zu Verfügung: Die Untersuchung des Lichts. Doch da draußen schwirrt noch weitaus mehr herum als nur Photonen. Neutrinos, hochenergetische Gammastrahlung und andere kosmische Teilchen erlauben einen völlig anderen Einblick in die Tiefen des Alls. Die Astroteilchenphysik sucht mit ihrer Hilfe nach dunkler Materie oder  erklärt, was in der Nähe von schwarzen Löchern passiert. Um zu verstehen, wie das genau funktioniert, machen wir zunächst einen Ausflug in die Welt der Elementarteilchen. Warum sind Neutrinos so  chwer zu detektieren? Was unterscheidet Materie und Antimaterie? Damit gewappnet werden wir mit eigenen Experimenten die kosmische Strahlung (insbesondere Myonen) untersuchen. Besonderes  Vorwissen ist nicht nötig.   

AG-Bericht aus dem ASL 2018

von Leander und Nikolaj

In der EKOS-AG haben wir uns mit den Elementarteilchen und der kosmischen Strahlung beschäftigt, kurz EKOS. In einer Gruppe von 9 Leuten um Lucia lernten wir zuerst die grundsätzlichen Eigenschaften von Teilchen kennen. Zum Beispiel, dass Teilchen unveränderliche Eigenschaften wie etwa Ladung und Masse besitzen. Des Weiteren haben wir den Massendefekt für das Helium berechnet, sowie die Anzahl der Neutrinos bestimmt, welche in der Sonne pro Sekunde entstehen. Über die Tatsache das Neutrinos schwer zu detektieren sind, befassten wir uns damit, wie andere Teilchen „sichtbar“ gemacht werden können und kamen so zu LHC (Large Hadron Collider). Die dort gebauten Teilchendetektoren sind unseren selbst gebauten Nebelkammern weit überlegen. Da Lucia selbst drei Mal am CERN war, konnte sie uns ganz besondere Eindrücke schildern. Seien es die riesen Dimensionen der Detektoren, der Aufwand der zum Hochfahren des LHC benötigt wird, oder das Heim für alte Computermäuse. Mithilfe des Computerprogramms MINERVA vom ATLAS-Detektor, konnten wir anhand von Beispielen versuchen herauszufinden, um welche Teilchen es sich handelt.  Um jedoch ansatzweise zu verstehen, was es alles für welche Teilchen gibt und warum man am LHC versucht diese zu untersuchen, stellte uns Lucia erst einmal den kompletten „Teilchenzoo“ vor. Neben Protonen, Neutronen, Elektronen und Neutrinos, gibt es unter anderem noch Myonen, Tauonen, eine Menge Austauschteilchen, das Myon- und Tauneutrino, die Quark-Familie und natürlich das Higgs-Teilchen. Ganz zu schweigen zu den entsprechenden Antiteilchen. Nach dem wir uns den Zoo angeschaut hatten, brachte uns Lucia die Feynman-Diagramme näher. Benannt nach einem ganz „feynen“ Mann und Physiker. Mit den Feynman-Diagrammen werden die einzelnen Reaktionen von Teilchen mit anderen Teilchen aufgezeichnet. Zum Beispiel die Rutherford-Streuung, die Elektron-Positron-Paarerzeugung und der Beta-Minus-Zerfall. Anschließend durften wir uns an Beispielen dran versuchen, die Teilchenprozesse korrekt einzuzeichnen und näherungsweise zu verstehen. Zum Abschluss der AG erfuhren wir dann, was das Ganze mit Astronomie zu tun hat. Neben der elektromagnetischen Strahlung (Photonen) lässt sich auch durch die Detektion von Teilchen aus dem Universum Prozesse und Objekte beobachten. Beispiele hierfür sind etwa IceCube in der Antarktis und AMS auf der ISS. Falls euch das ganze Thema rund um Elementarteilchen, Teilchenbeschleuniger und kosmischer Strahlung interessiert, dann besucht einfach in nächsten Jahr die EKOS-AG.

AG-Bericht aus dem ASL 2017

ASL 2017, Bischofsheim- Eben erst im ASL angekommen und unsere alten Freunde begrüßt, ging es schon los mit der AG-Zeit. Eine Truppe von elf Leuten hatte sich entschieden, die EKOS-AG bei Lucia zu besuchen. Gleich zu Beginn wurde unser Verständnis über den Raum und dessen (Elementar-) Teilchen neu definiert. Ein Schwall aus Begriffen wie Leptonen, Quarks, Bosonen strömte auf uns ein und wollte in eine sinnvolle Reihenfolge gebracht werden. Sobald dies geschehen war, verbanden wir diese mit Wechselwirkungen und schon untersuchten wir Umwandlungen, Bindungen und Zerfälle untereinander in Diagrammen des „feynen Mannes“.

Im Fluge war der erste Teil mit spannenden Fakten zu Ende und es folgte das Vorkommen dieser Teilchen in unserer Atmosphäre und deren Entstehung in den Tiefen des Weltalls. Erschreckenderweise realisierten wir, dass Bombardements aus Elementarpartikeln, sogenannte Teilchenschauer, auf uns einprasseln. Da wir ziemliches Muffensausen von dieser Erkenntnis bekamen, stellten wir uns folgende Frage:

Wie können wir uns vor diesem Teilchenschauer-Angriff schützen, mit dem uns das Universum zu unterjochen versucht?

Unsere Arbeitsgruppe spezialisierte sich auf den Bombertyp „Myonen“. Mit hochentwickelnden Teilchendetektoren untersuchten wir die Natur dieser Angriffe und Schutzmöglichkeiten gegen sie. In verschiedenen Versuchsanordnungen testeten wir die Materialien Papier, Wasser, Alufolie und eine humanoide Substanz (ein Jan). Wir konnten feststellen, dass ein Jan mit großem Abstand der beste Schutz gegen diese Angreifer aus den Tiefen des Alls ist, doch auch der altbekannte Aluhut konnte sich durch eine signifikante Reduktion der gefährlichen Teilchen bewähren.

Wenn ihr noch mehr über die Elementarteilchen und deren Wirken im Gefüge unseres Seins wissen wollt, laden wir euch herzlich dazu ein, die EKOS-AG im nächsten ASL zu besuchen! Wir freuen uns auf euch!