Kosmische Teilchenbeschleuniger und ihre Spuren in der Antarktis

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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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CC Attribution 4.0 International:
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Release Date
2018
Language
German

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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
Höhe
Particle detector Energie Höhe
Satellite
Energie Curvature
Information Kontinuum Lastteilung Multiplication
User interface Kontinuum Hospital information system
Energie
Moment (mathematics) Standard Model
Moment (mathematics) Run-time system
Particle detector Moment (mathematics) Particle detector Run-time system Particle detector
Particle detector Particle detector
Workstation <Musikinstrument> String (computer science) Measurement
Jacobi method Blog Particle detector
Module (mathematics) Blog 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 große ehre dich an sagen zu dürfen anni promoviert gerade beim desi zentrum in zeuthen das ist bei der großen 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 bühne wir hören uns gleichen [Musik] wunderbar dann erstmal danke henning für die traumhafte ansage wenn am ende keine fragen sind stelle ich einfach dir fragen zu kontrollieren und ob das verstanden hast läuft 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 nämlich eigentlich dass der vortrag meines kollegen der hat allerdings vor zweieinhalb wochen festgestellt dass er leider in shanghai bisschen blöd der zweite grund und da viel viel größere grund warum ich diesen
vortrag überhaupt halte ist dass dieses jahr der große durchbruch in der astroteilchenphysik und astrophysik tatsächlich einfach in meinem fachgebiet lag letztes jahr ich weiß 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 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 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 über 100
jahren angefangen hat nämlich mit victor hess der die höhenstrahlung entdeckt hat anfang des zwanzigsten 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 die auch untersuchen möchten wie unsere erde denn radioaktiv so strahlt die strahlt nämlich dass es hauptsächlich radon aus irgendwelchen uran und thorium ketten aber es gibt eben eine natürliche strahlenbelastung durch radioaktivität victor hess 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 man misst radioaktivität nicht direkt sondern dann ist einfach wie sehr die luft ionisiert ist was direkt proportional zur radioaktivität die vorhanden ist ist victor hess hat das auch durchgeführt hat verschiedene ballonflüge 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 anfängt sind einfach meine bild referenzen und unter er habe ich nachher am ende der präsentation 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 könnt 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 zurück zu victor hess liegt daher führte ballonflüge durch und stellte in der tat fest die radioaktivität wie man es vermuten würde die nimmt erst mal ab wenn mich wenn ich in die höhe steigen dann allerdings nimmt die irgendwie wieder zu je weiter es nach oben ging innerhalb einer gewissen grenze desto stärker war die luft ionisieren bei 10.000 auf 10.000 meter höhe auch schon so in etwa 40 mal so stark ionisiert wir auf der erde selbst liegt der hesse 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 weltall was war die entdeckung der sogenannten kosmischen strahlung damals auch höhenstrahlung 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 tatsächlich noch ballon experimente das letzte große von dem ich weiß hat aber ein gleiches schicksal ereignet wie ims hier links oben es wurde nämlich auf die internationale raumstation iss transportiert und misst jetzt dort genau bei niedrigeren energien misst man hauptsächlich 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 ähnlich 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 herzstück ist so ein magnet mit einem detektor drinnen der die spuren der teilchen aufzeichnet und wenn man jetzt 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 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 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 bahnen die sie in den magneten
beschreiben sind relativ groß der detektor ist einfach zu klein um da sinnvoll messungen durchzuführen der andere grund warum man bei höheren energien nicht mit satelliten arbeiten kann ist weil die teilchen flüsse sehr gering werden also ihr werdet das nachher noch sehen aber wir reden da über ein teilchen pro kubik kilometer pro jahr dieses 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 der sitzungs
methode die auf der erde stattfindet bevor diese teilchen tatsächlich auf unserer erde aufkommen werden die aber mit den luftmolekülen in der atmosphäre interagieren und was dann passiert ist es entwickelt sich ein sogenannter luftschau also ein kosmisches strahlungs teilchen trifft auf die atmosphäre wechselwirkt mit einem molekül in der luft und dann entsteht so ein ganzer zoo an sekundär teilchen das sind elektronen das sind irgendwie mesonen das sind und es ist auch nicht ihr seht das hier total wunderbar künstlerisch dargestellt ein ganz verzweigtes netzwerk an teilchen und diese sekundär 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 größte 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 sekundär teilchen aus diesem luft schauer der einkauf strahlung falls ihr es nicht kennt ich bespreche es nachher noch mal ausführlicher 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 atmosphäre und diese teilchen interagieren die ganze zeit mit den teilchen in der luft regen die an und was dann in der abwägung sichtbar wird ist fluoreszenzlicht das kann ich mit ganz großen klassischen teleskopen nachweisen außerdem kriegt sie in upgrade und die werden noch sind ila toren oben drauf kriegen sie haben schon angefangen um elektronen bisschen besser nachweisen zu können und radioantennen der vollständigkeit 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 weiß nicht warum sie es nicht größer gemacht haben aber naja so wir haben also neuartigen methoden um kosmische strahlen nachzuweisen und können infolgedessen auch schon einiges 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 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 für alle anderen für 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 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 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 tatsächlich ganz rechts ein teilchen pro kubik kilometer pro jahr da brauche ich detektoren wie das museum of surgery das einfach 3000 quadratkilometer abdeckt an fläche 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 können einfach nicht im norden müssen die szene nicht außerdem 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 grünlich eingefärbt ist man könnte sagen ja okay wenn ich jetzt weiß 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 über die quellen man weiß 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 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
meisten ich aber man weiß 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 krümmung des radios hängt ja von der energie ab 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 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 höchsten 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 heißt wir wissen bei den höchsten energien kommen kosmische strahlen von irgendwo weit weg und nur damit es einmal kreis 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 es allerdings eine menge objekte es gibt irgendwie auch sehr viele sehr sehr sehr starke objekte schwarze schwarze löcher und gammastrahlenblitze und sonstwas und außerhalb unserer galaxie haben wir trotzdem immer noch
das problem dass die kosmische strahlung abgelenkt wird durch magnetfelder und dass die ankunfts richtung uns 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 ballonflüge von victor hess überhaupt nicht klar ist wo diese teilchen herkommen man untersuchte das natürlich und man versucht dafür 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 könnte man jetzt zunächst einmal den standard ansatz 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 unserem alltag aber nicht als
informatiker 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 diverse riss bild von diesem objekt 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 nicht straße also zum beispiel im radiobereich sieht man emissions- linien von atomarem wasserstoff das heißt ich kann indem ich radiobereich messungen mache sehen wo ist würde 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 kälteren 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 abträgt und eben infrarotstrahlen und wir haben bei den höchsten energien das was uns eigentlich auch interessieren würde wir suchen ja nach den quellen von diesen hoch energetischen kosmischen strahlen das heißt 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 heißt was man hier sieht ganz unten in diesem extra und gamma ray bereich
extrem trocken strahlung kamera ist gammastrahlung auf deutsch das könnte tatsächlich uns hinweise liefern darauf was die quellen von kosmischen strahlen sind ja also könnte
da gibt es 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 habt ihr stünden 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 mikrowellenhintergrund zu interagieren und es sorgt dafür dass sie auf ihrem weg zur erde halt interagieren und dann zahlt nicht mehr herr schaffen das heißt 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 könnt 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 informationsträger nicht ausreichend ist
ist ja nicht hoch energetisches licht deutet auf hoch energetische teilchen hin dass müssen aber einfach nicht unbedingt protonen oder helium kerne die die kosmische strahlung ausmachen seien das könnten auch einfach elektronen sollen das heißt 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 bemühen und mein teleskop muss ausgerichtet sein dass einfach von der bessere messbarkeit nicht besonders praktikabel immer das heißt die frage wäre gibt es dennoch
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 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 außen 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 ausführungen 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 maßgeblich beteiligt was für eigenschaften haben neutrinos die sind nicht geladen sie haben fast keine masse also ich glaube vor 34 jahren gab es den nobelpreis für 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 über die schwache wechselwirkung deswegen man sie auch häufig als gleichzeit teilchen bezeichnet die schwach diese wechselwirkung ist das kann man sich mal ein bisschen verbildlichen indem man überlegt wie viele neutrinos die auf den körper prasseln pro sekunde und zwar pro kubikzentimeter ihr könnt euch das vorstellen auf unserer haut pro kubikzentimeter pro sekunde sind das 65 milliarden neutrinos offensichtlich merkt man davon nichts das heißt die wechselwirken einfach nicht mit unserem körper oder wirklich sehr sehr selten mit unserem körper 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 fünf prozent der primärenergie das heißt wenn ich sehr hoch energetische kosmische strahlen habe die die über 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 hätten die nicht erzeugt werden können auf unserer suche nach den quellen für 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 würden wirklich beweisen dass der kosmische strahlen sind und man möchte also neutrinos messen das ist ein bisschen tricky aus dem
gleichen grund die wie sie so weit kommen die interagieren kann ich möchte euch jetzt hier einen
detektor vorstellen nämlich den icecube detector das ist im prinzip einfach im moment der neutrino detektor für sehr hohe neutrino energien der die höchste sensitivität hat ich glaube für 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 möchte nur namentlich einmal nennen das wäre camp trainiert das wird im mittelmeer gebaut und die wie die im baikalsee für hier und heute allerdings der ice cube detector ice cube es 1 1 kopie kilometer großer detektor im antarktischen eis und das ist ein wahnsinnig großes projekt da sind 200 über 250 wissenschaftler weltweit beteiligt und es auch einfach ein schönes beispiel für grenzen überschreitendes 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
möchte die grafisch einmal kurz erklären 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 schränkt ausstrahlung tsurenkov strahlung ist im prinzip ein überschallknall nur für licht also wenn ein teilchen sich im medium schneller bewegt als licht dann entsteht schränkt 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 häufiger 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 grünen 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 schränkt ausstrahlung und die will ich nachweisen zu dem zweck haben sie ein riesen
detektor gebaut also einen kubikkilometer und ganz schön viele ganz schön viele kameras um dieses blaue licht aufzuzeichnen genauer gesagt 5160 die immer also das sind im prinzip so seile und alle 17 meter hängt da so eine art kamera module für 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 übrigens 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 gefüllt 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 heißt es sind eis tanks in mit denen man dann kosmische strahlung nachweist icecube möchte genauso wie was ich euch von erzählt auch ein upgrade machen die möchten ihr detektor volumen verzehnfachen und sie möchten auch die core in die porr drin noch mal ein bisschen was engeres bauen sind da haben aber immer noch nicht gefangen also wir möchten diese cherenkov strahlung nachweisen und dafür werden alle 17 meter an irgendwelchen seilen optische module aufgehängt 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 fürs eis selber verwendet man heißwasser bohrer denn wenn ich mit heißem wasser auf als 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 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 funktionstüchtig also wirklich beeindruckend so sieht das
dann aus das ist ja auch alles unter extremen bedingungen ist da in der antarktis am südpol und versucht ein riesen detektor zu bauen total beeindruckt würde man im eis
stehen sehe das ganze in etwa so aus und bevor wir uns nochmal mit den neutrinos beschäftigen einmal noch kurz wie ist so ein optisches modul eigentlich aufgebaut
also im prinzip sind diese digitalen akten digitalen optischen module einfach kameras für blaues licht das herzstück ist dieser weiße blog den ihr auf der auf dem bild links seht das ist ein pmt eine foto multiplayer tube das müssten die elektrotechniker und sowas unter euch kennen das heißt da fällt einfach nicht aus ein und das wird in elektrische signale umgewandelt ich möchte 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 können um das digitale optische modul in dem seil nebendran kalibrieren zu können 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 schränken strahlung er sieht jetzt bei dem video gleich links tatsächlich wie dieses lichtsignal aussieht in 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 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 große kugel rechts so sieht das dann im detektor aus hall
zur werkstatt beim nächsten heim im nächsten bild die zeigen dass immer in dem sie so blogs an die einzelnen
digitalen optischen module zeichnen zeichnen je größer 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 einschlägt in den detektor wenn myon neutrinos fliegt dann sieht
das ganze ein bisschen anders aus neutrinos erzeugen naturgemäß mühen und nicht elektronen und myonen sind nicht ganz so interaktions freudig wie die elektronen die haben eine deutlich längere lebensdauer und dementsprechend fliegen die einfach relativ straight durch diesen hector durch man sieht dass links finde ich sehr schön 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 nämlich myon neutrinos haben eine super winkel auflösung also mit diesem check kann man einfach 0,2 grad genau den 0,4 glaube ich genau bestimmen wo das herkam
dafür fliegen diese mühen halt auch aus den detektor aus beziehungsweise kommen schon von außen und deponieren ja auch außerhalb des detektors energie das heißt es ist ein bisschen schwieriger rück zu schließen wie viel energie die hatten als bei diesen kugel dingern die immer komplett im detektor drin sind die haben die bessere energie auflösung dafür ist da die die richtungs auflösung relativ
schwierig weil er einfach nicht so ein gerader track da ist sieht jetzt alles relativ schön aus in der realität ist das größte 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 hätten pro jahr zur gleichen zeit also in einem jahr müssen sie allerdings auch hunderttausend atmosphärische neutrinos und zehn milliarden atmosphärische mühe und also das heißt es sind es ist einfach ein wahnsinnig großer hintergrund in diesen detector und tatsächlich 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 grünen striche dir ein treffen das sind atmosphärische 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 atmosphäre spüren ganz gut aus oder man definiert sich das äußere den äußeren 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 atmosphärische neutrinos kann man zum beispiel nutzen ja wenn da atmosphärische mühe 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
atmosphärischen neutrinos mehr das heißt da ist man relativ backgrounds frei und tatsächlich hat einige neutrinos als astrophysikalische neutrinos identifiziert seit 2012 seit ich angefangen haben zu messen der erste große erfolg war dass sie die
ersten 28 damals in 2013 präsentieren konnten hier nochmal 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 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 tatsächlich diesen tollen neuen fluss an astrophysikalischen neutrinos und wusste einfach bisher auch überhaupt nicht wo kommen die denn jetzt her also eher ein zusätzliches rätsel anstelle der lösung eines alten rätsels und das bringt mich jetzt final endlich dazu dass 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 blatt zugeordnet werden den man aus messungen von photonen kennt in unserer welt sieht das
ganze übrigens so aus diese neuigkeiten und natürlich noch viel mehr davon und natürlich 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 milchstraße orientiert ich möchte da jetzt noch mal kurz ein wort zu sagen dieses egn also aktive galaktische kerne active galactic nokia da gibt es ganz viele verschiedene wörter für lasst euch davon nicht verwirrend die sind alle historisch bedingt es gibt dann schema wie die alle vereint werden können 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 über ein paar wochen oder monate angeregt was genau da strahlt in diesem plaza das ist ein bisschen ein bisschen
komplexer und möchte ich euch jetzt gern also diese grad diese zwei wunderschönen videos sind übrigens auch von der sie also von meinem institut mit hergestellt und im rahmen dieses dieser entdeckung und die wunder schützen also wie sieht so ein aktiver galaktischer kern aus der nähe aus und das strahlt denn da überhaupt nun zunächst mal hat man dieses schwarze loch in der mitte und da ist so eine akkretionsscheibe außenrum diese akkretionsscheibe strahlt im ultravioletten und die strahlung die daraus kommt die heizt wollten an die über 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 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 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 heißt 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 tatsächlich 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 zusätzlich noch gemacht haben ist ice cube ist in ihre seit 2012 gesammelten daten zurückgegangen das ist das was wir hier unten seht das
geht noch ein bisschen weiter zurück als 2012 weil bevor der detektor fertig war haben sie einfach schon teile des detektors betrieben deswegen gibt es auch weiter zurück 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 möchte da jetzt aber auch noch direkt ein paar sachen dazu sagen nämlich in dieser periode 2014 2015 da war dieser blasen nicht nicht aktiver als sonst in gammastrahlung also wer sah aus wie immer schön ruhig aber soll anscheinend mehr neutrinos emittiert haben und während dieses event dass sie in 2017 gemessen haben das hier oben seht ganz gut mit den modellen die wir so haben erklärbar ist und auch gut simuliert werden kann stellt dieses dieser historische flair wie man die erhöhte emissionen 2014/2015 nennt tatsächlich in der etwas größere herausforderung dar es ist so dass mit den modellen die wir haben da braucht man sehr krasses parameter feintuning um das irgendwie erklären zu können beziehungsweise ich habe solche modelle gesehen wie das das dadurch erklärt 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 tatsächlich schwierigkeiten das zu erklären 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 möchte jetzt noch mal kurz zwei von diesen headlines highlight nämlich 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 außerdem so dass wir dann als rückschluss daraus lernen können dass in dieser einen quelle vermutlich proton vorhanden waren das heißt aber auch nicht dass alle kosmischen ultra hoch energetische 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 das wir mit diesen großen neutrino detektoren tatsächlich astronomie betreiben können 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 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 den kosmische strahlen nun eigentlich kommen damit dankeschön [Applaus]
[Musik] eine punktlandung alter ich bin ich bin selbst beste ästhetische bilder schöne 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 hättest florierendes teleskop hätte 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 heißt wir haben eine frage aus dem internet selbst ja diesmal los hey 23 pole im vorjahr hast du diesen grafen gehabt über den zeitlichen verlauf da war und die frage was der gap
zwischen 20 15 und 20 16 ist tatsächlich das ist ja nur eine analyse dieser gap also ganz ehrlich zu sein müsste 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 beschränkt aber genau weiß 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 weiß ich noch weniger als das internet ablaufen wird ja dann geben wir doch mal rüber auf mikrofon zwei bitte ja hallo vielen dank für den vortrag der war wirklich sehr sehr schön ich habe die
frage du hast gesagt dass neutrinos etwas langsamer als nicht geschwindigkeit fliegen wenn wir so ein neutrino detektieren haben wir sozusagen überhaupt die chance dass wir vorher von der quelle sozusagen über riecht oder über gravitationswellen was mitbekommen in unserer lebenszeit also die sind die sind so leicht ich gegen im prinzip mit lichtgeschwindigkeit ja auf jeden fall das müsste koinzidenz sein das ist eine minimale verschiebungen weil also die massen wie die haben sind so gering ja ja wir müssen das im zur gleichen zeit detektieren die technik macht es möglich wir schalten jetzt in den hinteren bereich des raumes auf dem mikrofon nummer vier haben wir möglichkeiten 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 natürlich mehr materie davor bauen in der hoffnung dass mehr materie dann dafür sorgt dass es früher integriert weil es ja früher auf mehr trifft aber im prinzip nein schön werfen da scheint als ob alle fragen beantwortet werden sag mal war das eigentlich dein erster tag vor so einer großen menschenmasse ja dein letzter tag vor so einer großen menschenmasse also wenn es nächstes mal ein kollege nicht vielleicht in shanghai als würde ich den tag dann auch das nächste mal wieder abgeben das ist doch mal ein wort hat sie ein schönes schlusswort [Applaus] [Musik] [Applaus] [Musik] [Musik]
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