Kosmische Teilchenbeschleuniger und ihre Spuren in der Antarktis

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Formal Metadata

Title
Kosmische Teilchenbeschleuniger und ihre Spuren in der Antarktis
Subtitle
Über die Identifikation des ersten kosmischen Teilchenbeschleunigers und den Beginn einer neuen Ära in der Multimessenger-Astronomie
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Author
License
CC Attribution 4.0 International:
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Identifiers
Publisher
Release Date
2018
Language
German

Content Metadata

Subject Area
Abstract
Vor 5.7 Milliarden Jahren emittierte der Blazar TXS0506+056 eine große Menge schwach wechselwirkender Neutrinos. Von dem durch ein supermassives schwarzes Loch im Zentrum seiner Galaxie angetriebenen kosmischen Teilchenbeschleuniger fand eines dieser Teilchen seinen Weg zur Erde und interagierte mit Wassermolekülen im antarktischen Eis. Durch einen glücklichen Zufall konnte das IceCube Neutrino Observatory, ein Kubikkilometer großer Detektor aus instrumentiertem Eis, am 22. September 2017 eine Lichtspur aufzeichnen, die direkt zur Quelle zurück zeigte. Damit konnte erstmals ein bekanntes astrophysikalisches Objekt mit dem Ursprung eines kosmischen Neutrinos assoziert werden und das Ereignis IceCube-170922A schrieb Geschichte. Ein näherer Blick auf die während 2014-2015 gesammelten Daten zeigte, dass die Neutrino-Emission von TXS0506+056 phasenweise erhöht ist. Dies unterstützt die These, dass das Ereignis von 2017 tatsächlich dem Blazar zugeordnet werden kann und die Entdeckung wurde zu einem großer Erfolg für die Multi-Messenger Astrophysik.
Keywords Science

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Source code Game theory
Particle detector Energie
Information Kontinuum Lastteilung Multiplication
User interface Kontinuum Hospital information system
Energie
Moment (mathematics) Standard Model
Moment (mathematics) Run-time system
Particle detector Moment (mathematics) Run-time system Particle detector
Particle detector Particle detector
Workstation <Musikinstrument> String (computer science) Measurement
Jacobi method Blog Particle detector
Module (mathematics) Module (mathematics)
Module (mathematics)
Befehlsprozessor
Befehlsprozessor
Source code Measurement Game theory
Torus Inheritance (object-oriented programming) Velocity Direction (geometry) Direction (geometry) Atomic nucleus Run-time system
Source code Spring (hydrology) Scientific modelling Game theory
Scientific modelling Measurement
[Musik] dass man eine gro?e ehre dich an sagen zu d?rfen anni promoviert gerade beim desi zentrum in zeuthen das ist bei der gro?en stadt in berlin oder war der bei berlin der titel ist das kosmische teilchen beschleuniger und ihre spuren in der antarktis anni dein applaus deine b?hne wir h?ren uns gleichen [Musik] wunderbar dann erstmal danke henning f?r die traumhafte ansage wenn am ende keine fragen sind stelle ich einfach dir fragen zu kontrollieren und ob das verstanden hast l?uft das wird ein traum damit herzlich willkommen zu meinem
vortrag kosmische teilchen beschleuniger und ihre spuren in der antarktis ihr wundert euch da unten stehen zwei namen das ist der erste grund warum ich diesen vortrag halte n?mlich eigentlich dass der vortrag meines kollegen der hat allerdings vor zweieinhalb wochen festgestellt dass er leider in shanghai bisschen bl?d der zweite grund und da viel viel gr??ere grund warum ich diesen
vortrag ?berhaupt halte ist dass dieses jahr der gro?e durchbruch in der astroteilchenphysik und astrophysik tats?chlich einfach in meinem fachgebiet lag letztes jahr ich wei? nicht ob wir das alle mitbekommen habt wurden zum ersten mal gravitationswellen aus dem auf der verschmelzung von zwei neutronensternen gemessen und dieses jahr war es gro? in den nachrichten es konnte zum ersten mal die quelle eines von icecube gemessenen neutrinos identifiziert werden oder wahrscheinlich identifiziert werden und weil das tats?chlich f?r uns ein riesen ding ist m?chte ich euch jetzt ein bisschen erkl?ren was diese entdeckung war wie wieder hingekommen sind und vor allen dingen warum das so wahnsinnig aufregend ist warum das alles alle so stolz drauf sind also der erste grund warum alle so stolz darauf sind ist weil die ganze story vor ?ber 100
jahren angefangen hat n?mlich mit victor hess der die h?henstrahlung entdeckt hat anfang des zwanzigsten jahrhunderts das k?nnte euch bewusst sein oder nicht da war gerade radioaktivit?t ein gro?es ding das wurde viel erforscht und im
rahmen der untersuchung dieser radioaktivit?t haben sich forscher ?berlegt dass die auch untersuchen m?chten wie unsere erde denn radioaktiv so strahlt die strahlt n?mlich dass es haupts?chlich radon aus irgendwelchen uran und thorium ketten aber es gibt eben eine nat?rliche strahlenbelastung durch radioaktivit?t victor hess hatte sich zum ziel gesetzt dass er die abnahme der radioaktivit?t untersucht je nachdem wie weit man in die h?he geht und wollte zu diesem ziel ballonfl?ge durchf?hren man misst radioaktivit?t nicht direkt sondern dann ist einfach wie sehr die luft ionisiert ist was direkt proportional zur radioaktivit?t die vorhanden ist ist victor hess hat das auch durchgef?hrt hat verschiedene ballonfl?ge gemacht ihr seht ihr hier auf dem bild ab beim thema bild noch ein kleiner hinweis ihr seht hier auf diesen
folien immer so buchstaben zahlen kombinationen alles was mit b anf?ngt sind einfach meine bild referenzen und unter er habe ich nachher am ende der pr?sentation ich lade dass auch hoch eine biographie beziehungsweise referenzen das sind alles wissenschaftliche publikationen das sind die quellen mit denen ich arbeite die sind alle open access k?nnt ihr nachlesen wenn es um die teleskope oder sowas geht euch weiter informieren und eben auch einfach sehen dass was meine quellen sind dass man informationsquellen sind zur?ck zu victor hess liegt daher f?hrte ballonfl?ge durch und stellte in der tat fest die radioaktivit?t wie man es vermuten w?rde die nimmt erst mal ab wenn mich wenn ich in die h?he steigen dann allerdings nimmt die irgendwie wieder zu je weiter es nach oben ging innerhalb einer gewissen grenze desto st?rker war die luft ionisieren bei 10.000 auf 10.000 meter h?he auch schon so in etwa 40 mal so stark ionisiert wir auf der erde selbst liegt der hesse nicht unbedingt bl?d 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 weltall was war die entdeckung der sogenannten kosmischen strahlung damals auch h?henstrahlung genannt und im prinzip seit er das festgestellt hat dass da kosmische teilchen auf unsere erde prasseln und die luft ionisieren seither fragen wir uns wo also was ist denn diese kosmische strahlung und wo kommt sie her heutzutage misst man die ein bisschen
anders also es gibt tats?chlich noch ballon experimente das letzte gro?e von dem ich wei? hat aber ein gleiches schicksal ereignet wie ims hier links oben es wurde n?mlich auf die internationale raumstation iss transportiert und misst jetzt dort genau bei niedrigeren energien misst man haupts?chlich im weltall selber schlicht und einfach weil es praktisch ist dann ist die ganze zeit oben man misst die ganze zeit muss keine komischen balance hoch und runter es kombiniert diese teilchendetektoren sehen zum beispiel stil tms das eben auf der als es ist sie sehen den teilchendetektoren die man aus der teilchenphysik also vom lhc und so kennt relativ ?hnlich also die sind modular aufgebaut dann gibt es irgendwie ein teil der die geschwindigkeit misst einen teil der noch mal die geschwindigkeit misst interessanterweise das herzst?ck ist so ein magnet mit einem detektor drinnen der die spuren der teilchen aufzeichnet und wenn man jetzt wei? okay geladene teilchen werden in magnetfeldern abgelenkt dann wie stark sie abgelenkt werden durch diesen magneten der da verbaut ist l?sst dann r?ckschl?sse darauf zu wie sehr sie geladen sind und gerade bei sms ganz unten ist noch mal ein elektromagnetisches kalorimeter in dem die teilchen gestoppt werden und einfach ihre gesamte energie gemessen wird das bringt mich auch schon zum n?chsten punkt n?mlich warum man nicht ?berall satelliten verwenden kann bei h?heren energien der teilchen ist das n?mlich so dass die einfach nicht gestoppt werden in diesem elektromagnetischen kalorimeter und auch die bahnen die sie in den magneten
beschreiben sind relativ gro? der detektor ist einfach zu klein um da sinnvoll messungen durchzuf?hren der andere grund warum man bei h?heren energien nicht mit satelliten arbeiten kann ist weil die teilchen fl?sse sehr gering werden also ihr werdet das nachher noch sehen aber wir reden da ?ber ein teilchen pro kubik kilometer pro jahr dieses bisschen bl?d 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 f?r h?here energien eine andere der sitzungs
methode die auf der erde stattfindet bevor diese teilchen tats?chlich auf unserer erde aufkommen werden die aber mit den luftmolek?len in der atmosph?re interagieren und was dann passiert ist es entwickelt sich ein sogenannter luftschau also ein kosmisches strahlungs teilchen trifft auf die atmosph?re wechselwirkt mit einem molek?l in der luft und dann entsteht so ein ganzer zoo an sekund?r teilchen das sind elektronen das sind irgendwie mesonen das sind und es ist auch nicht ihr seht das hier total wunderbar k?nstlerisch dargestellt ein ganz verzweigtes netzwerk an teilchen und diese sekund?r teilchen misst man dann auf der erde zu diesem
zweck hat also das ist jetzt das
beispiel vom pc auf story ich hab das genommen weil es einfach das gr??te observatorium ist dass ich damit auseinandersetzt heutzutage die haben im prinzip einfach wassertanks aufgestellt und in diese wassertanks kameras reingemacht was in diesem wassertanks nachgewiesen wird ist die cherenkov strahlung von denen sekund?r teilchen aus diesem luft schauer der einkauf strahlung falls ihr es nicht kennt ich bespreche es nachher noch mal ausf?hrlicher behaltet die frage nach dem hin was ist das einfach im hinterkopf neben diesen wassertanks hat sie noch ein paar andere dinge die haben fluoreszenz teleskope die sie zur kalibrierung benutzen diese fluoreszenz teleskope verwenden einfach den effekt dass dieser ganze luft schauer bewegt sich ja durch die atmosph?re und diese teilchen interagieren die ganze zeit mit den teilchen in der luft regen die an und was dann in der abw?gung sichtbar wird ist fluoreszenzlicht das kann ich mit ganz gro?en klassischen teleskopen nachweisen au?erdem kriegt sie in upgrade und die werden noch sind ila toren oben drauf kriegen sie haben schon angefangen um elektronen bisschen besser nachweisen zu k?nnen und radioantennen der vollst?ndigkeit halber es gibt nicht nur oh ja es gibt auch noch den telescope array der oben in utah steht der ist aber deutlich kleiner und interessanterweise die kriegen auch ein upgrade die werden vor allem ding mehr detektoren bekommen interessanterweise sind sie danach immer noch so ein ganz bisschen kleiner als ich wei? nicht warum sie es nicht gr??er gemacht haben aber naja so wir haben also neuartigen methoden um kosmische strahlen nachzuweisen und k?nnen infolgedessen auch schon einiges ?ber
kosmische strahlen sagen wir haben schon ganz sch?n viel gemessen ?ber die
letzten jahrhunderte was ich euch hier zeigen m?chte sind so die messergebnisse die man haupts?chlich kennt auf der linken seite seht ihr den teilchen fluss und den habe ich insbesondere noch mal mitgebracht einfach um zu demonstrieren warum das mit den satelliten nicht mehr funktioniert auf der x-achse ist die energie die sind elektronenvolt das ist eine komische einheit f?r alle anderen f?r teilchenphysiker total normal man kann sich so merken ein elektronenvolt ist die energie die ein teilchen gewinnt wenn ich in elektronen gewinnt wenn ich in einer spannung von einem wald beschleunigen zur illustration habe ich auch nochmal eingezeichnet wo die energien sind die man am lhc so erreicht und auf der y-achse habt ihr einfach nur wie viele teilchen pro quadratmeter oder kilometer pro zeiteinheit treffen darauf unsere atmosph?re man sieht in diesem blauen bereich sind es noch relativ viele das ist ein teilchen pro quadratmeter pro sekunde das hei?t mit meinen quadratmeter gro?en satelliten messe ich dann noch relativ viel im mittleren bereich da am ende dieses roten bereich ist es dann ein teilchen pro quadratmeter pro jahr da wird schon ein bisschen wenig und tats?chlich ganz rechts ein teilchen pro kubik kilometer pro jahr da brauche ich detektoren wie das museum of surgery das einfach 3000 quadratkilometer abdeckt an fl?che neben der information wie viele teilchen mit welcher energie finden wir so haben wir auch richtungs informationen auf der rechten seite seht ihr die ankunfts richtungen der kosmischen strahlen gemessen von oci wenn ihr euch fragt warum des oben schwarz ist wie gesagt ok steht unten in argentinien sie k?nnen einfach nicht im norden m?ssen die szene nicht au?erdem ist da eingezeichnet diese gestrichelte linie das ist die galaktischen 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 deutlich eindeutig mehr teilchen hier unten rechts das was so gr?nlich eingef?rbt ist man k?nnte sagen ja okay wenn ich jetzt wei? wo in welche richtung ich die teilchen messe dann kann ich auch direkt die frage
beantworten was die quellen sind man weist ein bisschen was ?ber die quellen man wei? dass bei den niedrigen energien wenn wir jetzt noch mal zu dem potter links gehen der blaue streifen das sind im prinzip alles solare kosmische strahlen die kommen aus der sonne das hat man zum beispiel ?berpr?ft indem man sich anschaut wie korreliert das was wir messen mit der aktivit?t der sonne im mittleren bereich der rote sind die teilchen haupts?chlich aus unserer galaxie woher wei? man das na ja so ganz genau wei?
meisten ich aber man wei? ja ja kosmische strahlen das sind nunmal geladene teilchen also das sind irgendwie 90% protonen 9% helium atome und der rest teilt sich auf in so schwerere atomkerne und irgendwie ein bisschen elektronen positronen so hat aber alles geladen und diese
geladenen teilchen werden durch magnetfelder abgelenkt magnetfelder gibt es zum beispiel in unserer galaxie die ihr hier einmal ich finde einfach die bilder aus der astrophysik sich die wege
die diese teilchen durch die magnetfelder
beschreiben der kr?mmung des radios h?ngt ja von der energie ab nun ist es so dass bei den niedrigeren teilchen das galaktische magnetfeld daf?r 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 sie werden vorher interagieren 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 h?chsten energien ist es allerdings so dass die teilchen in der lage sind aus der galaxie raus zu kommen und diese gewogenen projektoren diese projektoren die er da seht zu folgen das hei?t wir wissen bei den h?chsten energien kommen kosmische strahlen von irgendwo weit weg und nur damit es einmal kreis f?r den rest des vortrags werde ich haupts?chlich ?ber diese h?chsten energien von kosmischen strahlen reden nicht ?ber welche die aus unserer galaxie selbst kommen au?erhalb von unserer galaxie gibt es allerdings eine menge objekte es gibt irgendwie auch sehr viele sehr sehr sehr starke objekte schwarze schwarze l?cher und gammastrahlenblitze und sonstwas und au?erhalb unserer galaxie haben wir trotzdem immer noch
das problem dass die kosmische strahlung abgelenkt wird durch magnetfelder und dass die ankunfts richtung uns auch f?r die h?chsten energien nicht direkt zu den quellen zur?ckf?hren kann und deswegen ist es tats?chlich so dass auch ?ber 100 jahre nach dieser diesen ersten ballonfl?ge von victor hess ?berhaupt nicht klar ist wo diese teilchen herkommen man untersuchte das nat?rlich und man versucht daf?r vor allen dingen andere teilchen noch zu verwenden denn unser universum sendet ja nicht nur protonen und helium kerne aus sondern auch eine ganze menge andere dinge und auf der suche nach den quellen dieser ultra hoch energetischen kosmischen strahlen k?nnte man jetzt zun?chst einmal den standard ansatz nehmen n?mlich wir gucken was ist denn besonders hell wir schauen uns die photonen an die unser universum so emittiert und das sch?ne an licht ist also ich meine wir kennen licht aus unserem alltag aber nicht als
informatiker informationstr?ger ist wahnsinnig vielseitig ihr seht hier unsere milchstra?e im optischen bereich
also das was wir sehen wenn wir im prinzip einfach mit unserem auge auf die milchstra?e gucken w?rden was wir nicht tun aber gut und auch das ist schon wahnsinnig beeindruckend aber elektromagnetische strahlung hat halt noch ganz viele wellenl?ngen in bereichen die einfach nur unser auge nicht wahrnehmen kann und wenn man mal die milchstra?e in allen m?glichen wellenl?ngenbereichen ansieht dann kriegt man ein sehr viel diverse riss bild von diesem objekt und kann auch
sehr viel mehr information letztendlich extrahieren und das sch?ne ist auch jeder jeder einzelne wellenl?ngenbereich erz?hlt etwas ?ber unterschiedliche eigenschaften jetzt in diesem fall der nicht stra?e also zum beispiel im radiobereich sieht man emissions- linien von atomarem wasserstoff das hei?t ich kann indem ich radiobereich messungen mache sehen wo ist w?rde der warme gaswolken oder staubwolken die viel atomaren wasserstoff haben ebenfalls im radiobereich sieht man auch den molekularen wasserstoff also gut ich wasserstoff h2 zusammengetan hat und man kann damit messen wo die etwas k?lteren staubwolken sind dann eben im infrarotbereich zum beispiel leuchtet staub der durch das sternenlicht dass er
im optischen bereich ist angeregt wird sich dann wieder abtr?gt und eben infrarotstrahlen und wir haben bei den h?chsten energien das was uns eigentlich auch interessieren w?rde wir suchen ja nach den quellen von diesen hoch energetischen kosmischen strahlen das hei?t es sind geladene teilchen die auf sehr hohe energien beschleunigt wurden und in dieser beschleunigung oder werden sie sich bewegen strahlend die die ganze zeit die strahlen wenn sie abgelenkt werden die strahlen wenn sie mit anderen teilchen interagieren das hei?t was man hier sieht ganz unten in diesem extra und gamma ray bereich
extrem trocken strahlung kamera ist gammastrahlung auf deutsch das k?nnte tats?chlich uns hinweise liefern darauf was die quellen von kosmischen strahlen sind ja also k?nnte
da gibt es n?mlich diverse probleme mit dem licht das erste ist dass bei den h?chsten energien das licht nicht besonders weit kommt in unserem universum es gibt da etwas das nennt sich die kosmische hintergrundstrahlung die erf?llt unser ganzes universum das ist ein relikt aus den fr?hen zeiten des universums als das universum erst noch optisch dicht war und dann habt ihr st?nden wurde dann wurde ganz pl?tzlich 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 mikrowellenhintergrund zu interagieren und es sorgt daf?r dass sie auf ihrem weg zur erde halt interagieren und dann zahlt nicht mehr herr schaffen das hei?t und das seht ihr auch hier auf der grafik rechts des einmal unten die energie ausgezeichnet die die photonen also das licht haben und auf der y-achse seht ihr wie weit kommen die photon mit diesem licht und ich hoffe ihr k?nnt es gut erkennen so in etwa bei 10 hoch 15 10 uhr 15 elektronenvolt kommen die diese lichtteilchen einfach mal in etwa bis zum galaktischen zentrum also das sind so kilo passek 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 wenn ich aber nicht weit gucken kann dann also das funktioniert nicht der zweite grund warum nicht als informationstr?ger nicht ausreichend ist
ist ja nicht hoch energetisches licht deutet auf hoch energetische teilchen hin dass m?ssen aber einfach nicht unbedingt protonen oder helium kerne die die kosmische strahlung ausmachen seien das k?nnten auch einfach elektronen sollen das hei?t es ist einfach keine eindeutige bestimmung also ist bestimmt einfach nicht eindeutig dass eine quelle auch kosmische strahlen produziert und der letzte ist er so ein praktischer punkt naja also wenn ich nicht messen will dann muss es halt dunkel sein wenn ich unten auf der erde bin oder ich muss wieder satelliten bem?hen und mein teleskop muss ausgerichtet sein dass einfach von der bessere messbarkeit nicht besonders praktikabel immer das hei?t die frage w?re gibt es dennoch
andere informationstr?ger die wir auf unserer suche nach den quellen der kosmischen strahlung verwenden k?nnten und jetzt kommen wir zum dritten boten
zu den neutrinos ich m?chte einen kleinen schub machen
was denn eigentlich noch mal ne trios waren weil im gegensatz zu irgendwie
protonen und so hat das nicht jeder im kopf dazu einmal ein kleiner exkurs ins standardmodell der teilchenphysik also unsere komplette materie ist ausgeht aufgebaut aus neptun und quarks und zwar aus laptop und quarks der ersten familie up und down quarks von protonen und neutronen und die wiederum dann die atomkerne und um die atom- keine au?en rum sind dann elektronen und so erhalten wir auf der gesamten atome wie gesagt ab und da und das bezeichnet man als quark und neben dem elektronen gibt es auch noch ein sogenanntes elektro neutrino dass auch ein laptop ist es gibt allerdings nicht nur diese erste teilchen familie aus der unsere nati die materie um uns herum ist sondern es gibt das ganze nochmal in zwei weiteren ausf?hrungen die sind gleich im sinne von eigenschaften wie ladung und so was sie sind nur einfach schwerer und in jeder dieser teilchen familien gibt es ein neutrino neutrinos wie gesagt sie machen nicht unsere materie die materie unserem in dem sinne aus aber zum beispiel weil so radioaktiven wetter zerfallen sind die ma?geblich beteiligt was f?r eigenschaften haben neutrinos die sind nicht geladen sie haben fast keine masse also ich glaube vor 34 jahren gab es den nobelpreis f?r den beweis das neutrino eben neutrinos eben doch eine masse haben aber die ist wirklich verschwindend gering also die bewegen sich im prinzip mit lichtgeschwindigkeit und sie interagieren nur ?ber die schwache wechselwirkung deswegen man sie auch h?ufig als gleichzeit teilchen bezeichnet die schwach diese wechselwirkung ist das kann man sich mal ein bisschen verbildlichen indem man ?berlegt wie viele neutrinos die auf den k?rper prasseln pro sekunde und zwar pro kubikzentimeter ihr k?nnt euch das vorstellen auf unserer haut pro kubikzentimeter pro sekunde sind das 65 milliarden neutrinos offensichtlich merkt man davon nichts das hei?t die wechselwirken einfach nicht mit unserem k?rper oder wirklich sehr sehr selten mit unserem k?rper jetzt wissen wir noch mal ganz kurz was nur trikots 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 daher mit anderen kosmischen strahlen also mit anderen protonen oder helium kern oder mit licht und aus dieser interaktion fallen immer im prinzip immer dann hat sie freut sich neutrinos ausgetragen circa f?nf prozent der prim?renergie das hei?t wenn ich sehr hoch energetische kosmische strahlen habe die die ?ber die wir sprechen dann habe ich auch sehr hoch energetische neutrinos einfach so ein faktor 100 weniger aber ganz im gegensatz zu licht bedeutet einfach dass wenn eine eine quelle
neutrinos emittiert das da auf jeden
fall kosmische strahlen auch vor ort waren denn ansonsten h?tten die nicht erzeugt werden k?nnen auf unserer suche nach den quellen f?r hoch energetische kosmische strahlen sind die also ein ziemlicher jackpot die konten ewig weit reisen weil sie nicht so weit nicht so sehr interagieren und sie w?rden wirklich beweisen dass der kosmische strahlen sind und man m?chte also neutrinos messen das ist ein bisschen tricky aus dem
gleichen grund die wie sie so weit kommen die interagieren kann ich m?chte euch jetzt hier einen
detektor vorstellen n?mlich den icecube detector das ist im prinzip einfach im moment der neutrino detektor f?r sehr hohe neutrino energien der die h?chste sensitivit?t hat ich glaube f?r niedrige niedrigere energien gab es hier auf dem kongress auch ein talk das ist halt kein kam erkannte aber ich glaube dass beim ersten tag ja es gibt auch noch andere detektoren die sie diese hohen energien abdecken und abdecken sollen vor allen dingen auch in zukunft ich m?chte nur namentlich einmal nennen das w?re camp trainiert das wird im mittelmeer gebaut und die wie die im baikalsee f?r hier und heute allerdings der ice cube detector ice cube es 1 1 kopie kilometer gro?er detektor im antarktischen eis und das ist ein wahnsinnig gro?es projekt da sind 200 ?ber 250 wissenschaftler weltweit beteiligt und es auch einfach ein sch?nes beispiel f?r grenzen ?berschreitendes zusammenarbeiten also
ja was als clip macht ist es detektiert die cherenkov strahlung wechselwirken der neutrinos und zwar man detektiert nie die neutrinos direkt sondern man detektiert leptin die aus der interaktion eines neutrinos kommen ihr seht dass hier rechts unten und ich
m?chte die grafisch einmal kurz erkl?ren also man hat ein elektron neutrinos dass da links oben rein kommt und das interagiert mit einem proton oder neutronen unten im eis die beiden tauschen ein baby sohn aus also wer sich den teilchen aus musik auskennt und dabei wird dass protonen neutronen im eis umgewandelt und das elektron neutrinos wird in ein elektron umgewandelt und was ich am ende nach weise das ist dieses elektron und die cherenkov strahlung dieses elektron jetzt auch noch mal kurzen exkurs zu was
sind schr?nkt ausstrahlung tsurenkov strahlung ist im prinzip ein ?berschallknall nur f?r licht also wenn ein teilchen sich im medium schneller bewegt als licht dann entsteht schr?nkt ausstrahlung und nein das zeichen bewegt sich immer noch nicht schneller als licht im vakuum nur in dem medium ist es licht langsamer weil das die leute immer h?ufiger wird das ist immer noch langsamer als die lichtgeschwindigkeit im vakuum nichts ist schneller als die lichtgeschwindigkeit in baku man kennt der einkauf strahlung zum beispiel auch von atomreaktoren das ist das bild da oben rechts die gr?nen 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 elektron neutrinos nachweisen die funktioniert dass das elektron neutrinos kommt in den detektor wechselwirkt dort es entsteht ein elektron und dieses elektron macht schr?nkt ausstrahlung und die will ich nachweisen zu dem zweck haben sie ein riesen
detektor gebaut also einen kubikkilometer und ganz sch?n viele ganz sch?n viele kameras um dieses blaue licht aufzuzeichnen genauer gesagt 5160 die immer also das sind im prinzip so seile und alle 17 meter h?ngt da so eine art kamera module f?r blaues licht diese seile sind mit 125 meter abstand gebaut und beginnen ab einer tiefe von anderthalb kilometern im eis und reichen dann eben einen kilometer weiter ein kilometer weiter runter es gibt aber ?brigens also nicht nur diese 86 seile die jeweils 125 meter voneinander entfernt sind es gibt auch noch ganz in das ist hier als dieb chor bezeichnet gibt es noch einen teil der ein bisschen enger gef?llt ist um ein paar andere messungen nachzumachen und es gibt oben als top das ist im prinzip so ein detektor wie auch saab soll das hei?t es sind eis tanks in mit denen man dann kosmische strahlung nachweist icecube m?chte genauso wie was ich euch von erz?hlt auch ein upgrade machen die m?chten ihr detektor volumen verzehnfachen und sie m?chten auch die core in die porr drin noch mal ein bisschen was engeres bauen sind da haben aber immer noch nicht gefangen also wir m?chten diese cherenkov strahlung nachweisen und daf?r werden alle 17 meter an irgendwelchen seilen optische module aufgeh?ngt und
weil also ich finde das einfach so beeindruckend wie es gebaut wird habe ich noch ein paar fotos mitgebracht man muss sich das erst mal vorstellung musste zweieinhalb kilometer tief ins eis bohren und interessanter weise wie sie das gemacht haben ist also nachdem sie durch den schnee muss man normal born aber dann f?rs eis selber verwendet man hei?wasser bohrer denn wenn ich mit hei?em wasser auf als dann schmilzt es ja einfach und dann haben sie im prinzip dadurch so eine s?ule an stehendem wasser gehabt und dann haben sie in dieses wasser einfach ihre ihre seile reingelassen und haben gewartet bis wieder einfriert deshalb 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 kamera dinger diese runden blogs kommt man nie wieder dran wenn die damals eingefroren sind aber bis heute sind mehr als 98 prozent von diesen dingern noch funktionst?chtig also wirklich beeindruckend so sieht das
dann aus das ist ja auch alles unter extremen bedingungen ist da in der antarktis am s?dpol und versucht ein riesen detektor zu bauen total beeindruckt w?rde man im eis
stehen sehe das ganze in etwa so aus und bevor wir uns nochmal mit den neutrinos besch?ftigen einmal noch kurz wie ist so ein optisches modul eigentlich aufgebaut
also im prinzip sind diese digitalen akten digitalen optischen module einfach kameras f?r blaues licht das herzst?ck ist dieser wei?e blog den ihr auf der auf dem bild links seht das ist ein pmt eine foto multiplayer tube das m?ssten die elektrotechniker und sowas unter euch kennen das hei?t da f?llt einfach nicht aus ein und das wird in elektrische signale umgewandelt ich m?chte euch noch auf zwei interessante sachen hinreisen wie ich finde das eine ist dieses new metal gilt das ist um das erz magnetfeld abzuschirmen und was ich auch extrem witzig fand immer ist dieser dieses fleisch an bord das ihr auch links in der grafik sieht seht und zwar hat jedes dieser digitalen optischen modulen neben dem mainboard das halt irgendwie daten sammelt und dann alle sekunde mal hoch schickt auch noch selbst eine lichtquelle mit dem sie die lichtblitze erzeugen k?nnen um das digitale optische modul in dem seil nebendran kalibrieren zu k?nnen ich bin selber gut okay diese digital zwischen optischen module messen die cheer einkauf strahlung und wir schauen uns
jetzt einfach mal an wie das denn so aussieht wenn da ein elektron neutrinos in der detektor kommt mir gesagt dass wechselwirkt entsteht ein elektron und das elektron macht schr?nken strahlung er sieht jetzt bei dem video gleich links tats?chlich wie dieses lichtsignal aussieht in kompletten eis und auf der rechten seite seht ihr wie der detektor das wahrnimmt also links seht ihr da f?ngt etwas an
das ist genau dann wenn das elektron erzeugt wurde und jetzt das besondere bei elektronen ist dass sie die ganze zeit also weil sie erzeugt werden wechselwirken die sofort wieder mit anderen teilchen in diesem eis und es entstehen ganz viele elektronen die jeweils und cherenkov kegel machen und ist im endeffekt er gibt es dann so eine gro?e kugel rechts so sieht das dann im detektor aus hall
zur werkstatt beim n?chsten heim im n?chsten bild die zeigen dass immer in dem sie so blogs an die einzelnen
digitalen optischen module zeichnen zeichnen je gr??er der blog das bedeutet
einfach nur desto mehr energie wurde in diesem einen dom deponiert und die farbcodierung ist immer eine zeit codierung also das zeigt einfach nur an wann da licht gemessen wurde so sieht das aus wenn ein elektron neutrinos einschl?gt in den detektor wenn myon neutrinos fliegt dann sieht
das ganze ein bisschen anders aus neutrinos erzeugen naturgem?? m?hen und nicht elektronen und myonen sind nicht ganz so interaktions freudig wie die elektronen die haben eine deutlich l?ngere lebensdauer und dementsprechend fliegen die einfach relativ straight durch diesen hector durch man sieht dass links finde ich sehr sch?n dass wir einfach eine relativ gerade spur hinterlassen und diese gerade spur sieht man dann eben auch in diesen einzelnen digitalen digitalen optischen modulen auf der rechten seite man kann sich auch direkt schon denken was die vor und nachteile
dieser zwei events sorten sind n?mlich myon neutrinos haben eine super winkel aufl?sung also mit diesem check kann man einfach 0,2 grad genau den 0,4 glaube ich genau bestimmen wo das herkam
daf?r fliegen diese m?hen halt auch aus den detektor aus beziehungsweise kommen schon von au?en und deponieren ja auch au?erhalb des detektors energie das hei?t es ist ein bisschen schwieriger r?ck zu schlie?en wie viel energie die hatten als bei diesen kugel dingern die immer komplett im detektor drin sind die haben die bessere energie aufl?sung daf?r ist da die die richtungs aufl?sung relativ
schwierig weil er einfach nicht so ein gerader track da ist sieht jetzt alles relativ sch?n aus in der realit?t ist das gr??te problem bei ice cube allerdings der hintergrund als cube
misst in etwa zehn astrophysikalische neutrinos mit diesen extrem hohen energien die sie die sie gerne h?tten pro jahr zur gleichen zeit also in einem jahr m?ssen sie allerdings auch hunderttausend atmosph?rische neutrinos und zehn milliarden atmosph?rische m?he und also das hei?t es sind es ist einfach ein wahnsinnig gro?er hintergrund in diesen detector und tats?chlich wenn man sich mal anschaut wie zehn millisekunden aus der sicht von icecube 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 gr?nen striche dir ein treffen das sind atmosph?rische millionen es gibt ja verschiedene veto systeme um damit umzugehen zum beispiel werden nur kann man sagen man nur events die schon mal durch die erde durch geflogen sind bevor sie im detektor aufkommen damit sortiert man atmosph?re sp?ren ganz gut aus oder man definiert sich das ?u?ere den ?u?eren layer sein des detektors als vito und sagte okay was in diesem veto drin ist das nehmen wir nicht als event auch gegen millionen gegen atmosph?rische neutrinos kann man zum beispiel nutzen ja wenn da atmosph?rische m?he und zur gleichen zeit gemessen wurden dann ist auch kein event oder man sagt okay so grob ab 100 tera elektronenvolt nee 300 glaube ich ab 300 elektronenvolt gibt es fast keine
atmosph?rischen neutrinos mehr das hei?t da ist man relativ backgrounds frei und tats?chlich hat einige neutrinos als astrophysikalische neutrinos identifiziert seit 2012 seit ich angefangen haben zu messen der erste gro?e erfolg war dass sie die
ersten 28 damals in 2013 pr?sentieren konnten hier nochmal auch mit wo sie waren und bis heute hat man so gr??enordnung 100 neutrinos gemessen und man kann so sp??e machen wie man zeichnet mal wie bei den kosmischen strahlen aus wie viele neutrinos pro energie intervall
hat man da so nun hat man ja aber eigentlich diesen detektor gebaut weil man die quellen von diesem hoch energetischen kosmischen strahlen finden wollte ja was sind denn nun die quellen
von diesen trikots wie man es angeht ist das man normalerweise guckt okay ich messe ein hoch energetisches neutrino und ich schaue jetzt mal liegt in der richtung irgend ein bekanntes sehr starkes astrophysikalische objekt irgendein plaza oder gammastrahlen wird
so oder so aber man hat halt nie was gefunden also man hatte dann tats?chlich diesen tollen neuen fluss an astrophysikalischen neutrinos und wusste einfach bisher auch ?berhaupt nicht wo kommen die denn jetzt her also eher ein zus?tzliches r?tsel anstelle der l?sung eines alten r?tsels und das bringt mich jetzt final endlich dazu dass dieses jahr ver?ffentlicht wurde n?mlich
es wurde zum ersten mal ein neutrino gemessen und die quelle dieses neutrinos konnte zugewiesen werden es gibt dieses neutrino konnte einem blatt zugeordnet werden den man aus messungen von photonen kennt in unserer welt sieht das
ganze ?brigens so aus diese neuigkeiten und nat?rlich noch viel mehr davon und nat?rlich habe ich den nature ist schon ne me artikel aus meiner arbeitsgruppe angepackt und die sich irgendein anderer quelle okay aber die quintessenz davon shh wir haben ein neutrino gemessen und zwar in sehr hoch energetisches wieder so 290 tera elektronenvolt vermutlich und dieses neutrino konnte mit einem blase also das kam aus der richtung in der ein blasser liegt der zu dem gleichen zeitpunkt auch noch besonders aktiv war kleiner exkurs was ist unklar
im prinzip ist einfach der kern einer der aktive galaktische kern einer weit entfernten galaxie das ist ein supermassives schwarzes loch und es treibt den jet an und dieser jet ist in richtung erde beziehungsweise milchstra?e orientiert ich m?chte da jetzt noch mal kurz ein wort zu sagen dieses egn also aktive galaktische kerne active galactic nokia da gibt es ganz viele verschiedene w?rter f?r lasst euch davon nicht verwirrend die sind alle historisch bedingt es gibt dann schema wie die alle vereint werden k?nnen und ernsthaften das ist einfach nur und aktive galaktische kerne mit einem jet der in unsere richtung zeigt basare haben relativ charakteristische strahlung diesen gut erkennbar in ihrem elektromagnetischen spektrum und so alle paar jahre blitzen die auf und bleiben ?ber ein paar wochen oder monate angeregt was genau da strahlt in diesem plaza das ist ein bisschen ein bisschen
komplexer und m?chte ich euch jetzt gern also diese grad diese zwei wundersch?nen videos sind ?brigens auch von der sie also von meinem institut mit hergestellt und im rahmen dieses dieser entdeckung und die wunder sch?tzen also wie sieht so ein aktiver galaktischer kern aus der n?he aus und das strahlt denn da ?berhaupt nun zun?chst mal hat man dieses schwarze loch in der mitte und da ist so eine akkretionsscheibe au?enrum diese akkretionsscheibe strahlt im ultravioletten und die strahlung die daraus kommt die heizt wollten an die ?ber diese akkretionsscheibe sind diese wolken werden angeregt regen sich dann wieder ab und emittieren linien emissionen das ist die sogenannte broadline liegen hier auch als breite spektrallinien nochmal gekennzeichnet die sind breit schlicht und einfach weil diese wolken sich bewegen und die doppler verschiebung die ausweitet um die akkretionsscheibe herum ein dass torres sein stock turus das ganze manchmal verdeckt und vor allen dingen haben diese aktiven galaktischen kerne eben einen einen relativistischen jet der wird gebaut von aggression von materie und bewegt sich mit relativistischen geschwindigkeiten in diesem jet sorgen turbulenzen daf?r dass teilchen beschleunigt werden k?nnen und zwar elektronen und protonen und diese teilchen strahlen dann wiederum im elektromagnetischen spektrum und das ist das was wir sehen so damit zur?ck zu unserer entdeckung hier links oben seht
ihr dass eine neutrino event das da
gemessen wurde und es ist ganz bemerkenswert auch wie das vonstatten gingen also ice cube hat so einer laird system und die haben also ein neuer trainer das hei?t es hat sehr gut rekonstruierte energie und dann haben sie ein lord rausgegeben und gesagt hey wir haben hier so ein 300 knapp 300 tera elektronenvolt neutrino richtet man all eure teleskope optisch extra alles aus und guckt ob wir da was findet und tats?chlich haben sie herausgefunden dass dieses mal zum
ersten mal aus der gleichen richtung die dieses neutrino kam auch gamma strahlung gemessen werden konnte und zwar von einem basar die man schon eine weile
kennt und der auch schon ein paar monate angelegt war was sie dann zus?tzlich noch gemacht haben ist ice cube ist in ihre seit 2012 gesammelten daten zur?ckgegangen das ist das was wir hier unten seht das
geht noch ein bisschen weiter zur?ck als 2012 weil bevor der detektor fertig war haben sie einfach schon teile des detektors betrieben deswegen gibt es auch weiter zur?ck als 2012 als die fertigstellung und dabei haben sie gefunden das in der periode 2014 bis 2015 es nochmal eine vermehrte neutrino messung aus der richtung dieses platzes gab und zwar sind das irgendwie so 10.15
neutrinos gewesen ich m?chte da jetzt aber auch noch direkt ein paar sachen dazu sagen n?mlich in dieser periode 2014 2015 da war dieser blasen nicht nicht aktiver als sonst in gammastrahlung also wer sah aus wie immer sch?n ruhig aber soll anscheinend mehr neutrinos emittiert haben und w?hrend dieses event dass sie in 2017 gemessen haben das hier oben seht ganz gut mit den modellen die wir so haben erkl?rbar ist und auch gut simuliert werden kann stellt dieses dieser historische flair wie man die erh?hte emissionen 2014/2015 nennt tats?chlich in der etwas gr??ere herausforderung dar es ist so dass mit den modellen die wir haben da braucht man sehr krasses parameter feintuning um das irgendwie erkl?ren zu k?nnen beziehungsweise ich habe solche modelle gesehen wie das das dadurch erkl?rt wird dass ein ein stern in den jet rein fliegt und das macht dann diese vermehrte neutrino produktion also da braucht man exotische modelle und man hat tats?chlich schwierigkeiten das zu erkl?ren aktuell aber was trotzdem bleibt ist dass wir
zum ersten mal in der lage waren die die quelle eines hoch energetischen neutrinos vermutlich zu identifizieren und ich m?chte jetzt noch mal kurz zwei von diesen headlines highlight n?mlich was bedeutet das es bedeutet nicht dass was links steht das origen dass der euro und mystery space education final i found wir haben eine quelle gefunden die wahrscheinlich ein neutrino emittiert hat das bedeutet nicht dass alle neutrinos jetzt von blasen wie diesen ticks es kommen in der tat ist deren beitrag zum von icecube gemessenen fluss deutlich limitiert es ist au?erdem so dass wir dann als r?ckschluss daraus lernen k?nnen dass in dieser einen quelle vermutlich proton vorhanden waren das hei?t aber auch nicht dass alle kosmischen ultra hoch energetische kosmischen strahlen aus dieser quelle kam oder nur aus dieser quellen dieser
art kommen k?nnten das bedeutet das alles nicht aber es ist ein anfang und es ist das erste mal wie gesagt dass das wir mit diesen gro?en neutrino detektoren tats?chlich astronomie betreiben k?nnen und in dem sinne dass weiter unten auf der rechten seite das trifft es schon eher es ist
ein break through und das was damit begonnen hat wird mit neuen observatorien wie city raiders gebaut wird mit upgrades die ice cube das wird weitergef?hrt werden und dann werden mehr messungen dazu kommen wir werden unsere modelle verbessern und dann hoffentlich in zukunft irgendwann die frage beantworten k?nnen woher den kosmische strahlen nun eigentlich kommen damit dankesch?n [Applaus]
[Musik] eine punktlandung alter ich bin ich bin selbst beste ?sthetische bilder sch?ne farben ruhig vorgetragen und die schnittfolge so beruhigend achja wird der zeitpunkt da gerade wohl verpasst hat wir haben ich habe sogar auf wird gelernt hast du gelernt dass wenn du wenn du vorher gesagt h?ttest florierendes teleskop h?tte ich gedacht hat wer eins davon selber leuchtet damit immer das im dunkeln besser finden ein florist teleskop ich habe doch nichts gelernt nie schaden wir haben mikrofone offen stellt euch da einfach mal hinguckt die leute sprint schon auf da ganz hinten haben wir was der single angel wing das hei?t wir haben eine frage aus dem internet selbst ja diesmal los hey 23 pole im vorjahr hast du diesen grafen gehabt ?ber den zeitlichen verlauf da war und die frage was der gap
zwischen 20 15 und 20 16 ist tats?chlich das ist ja nur eine analyse dieser gap also ganz ehrlich zu sein m?sste sich selbst ins noch einmal nachlesen indem in dem paper ich nehme aber also das ist ja nur ein gap der in der analyse der stattfindet also die haben zwei analysen gemacht dass diese genanalyse sind die box und vielleicht haben sie derzeit windows irgendwie beschr?nkt aber genau wei? ich es auch nicht ist es auf keinen fall irgendwie messe cep sondern in der in der interpretation danach aber ich kann das nicht beantworten das wei? ich noch weniger als das internet ablaufen wird ja dann geben wir doch mal r?ber auf mikrofon zwei bitte ja hallo vielen dank f?r den vortrag der war wirklich sehr sehr sch?n ich habe die
frage du hast gesagt dass neutrinos etwas langsamer als nicht geschwindigkeit fliegen wenn wir so ein neutrino detektieren haben wir sozusagen ?berhaupt die chance dass wir vorher von der quelle sozusagen ?ber riecht oder ?ber gravitationswellen was mitbekommen in unserer lebenszeit also die sind die sind so leicht ich gegen im prinzip mit lichtgeschwindigkeit ja auf jeden fall das m?sste koinzidenz sein das ist eine minimale verschiebungen weil also die massen wie die haben sind so gering ja ja wir m?ssen das im zur gleichen zeit detektieren die technik macht es m?glich wir schalten jetzt in den hinteren bereich des raumes auf dem mikrofon nummer vier haben wir m?glichkeiten zu beeinflussen ob ein neutrino durch masse durch fliegt oder bis mit der masse reagiert also das ist einfach ein wahrscheinlichkeit prozess das kann man nicht beeinflussen du kannst nat?rlich mehr materie davor bauen in der hoffnung dass mehr materie dann daf?r sorgt dass es fr?her integriert weil es ja fr?her auf mehr trifft aber im prinzip nein sch?n werfen da scheint als ob alle fragen beantwortet werden sag mal war das eigentlich dein erster tag vor so einer gro?en menschenmasse ja dein letzter tag vor so einer gro?en menschenmasse also wenn es n?chstes mal ein kollege nicht vielleicht in shanghai als w?rde ich den tag dann auch das n?chste mal wieder abgeben das ist doch mal ein wort hat sie ein sch?nes schlusswort [Applaus] [Musik] [Applaus] [Musik] [Musik]
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