Forschung am Pierre-Auger-Observatorium geht in die nächste Runde

Seit rund 20 Jahren sind Siegener Physiker am argentinischen Pierre-Auger-Observatorium zur Erforschung kosmischer Strahlung beteiligt. Jetzt geht das internationale Gemeinschaftsprojekt in die Verlängerung: In einer feierlichen Zeremonie wurde ein entsprechendes Abkommen unterzeichnet.

Mit 1660 Wassertanks und 27 Teleskopen sind Wissenschaftler*innen in der argentinischen Pampa seit Beginn der 2000er Jahre der kosmischen Strahlung auf der Spur. Das Pierre-Auger-Observatorium ist das weltweit führende Experiment zur Messung der mit höchsten Energien geladenen, kleinsten Teilchen, die permanent aus dem Weltall auf die Erdatmosphäre prasseln. Woher diese Teilchen der kosmischen Strahlung kommen und welcher Mechanismus ihnen so hohe Energien verleiht, ist bisher nicht bekannt. Um das herauszufinden, arbeiten am Pierre-Auger-Observatorium über 400 Wissenschaftler*innen aus 17 Ländern zusammen. Physiker*innen der Universität Siegen sind nahezu von Beginn an maßgeblich an dem Forschungsprojekt beteiligt. Jetzt wurde die internationale Kollaboration um weitere zehn Jahre verlängert. Eine Delegation aus Siegen reiste zur feierlichen Unterzeichnung des Abkommens nach Argentinien.

„Dieses riesige und weltweit einmalige Experiment zu besuchen, hat mich tief beeindruckt. Neben der Technik fasziniert mich besonders die Zusammenarbeit der internationalen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, von denen viele schon seit dem Start des Observatoriums mit dabei sind. Bei der Zeremonie haben Vertreter der Politik und der Forschungsorganisationen die Bedeutung dieses wissenschaftlichen Großprojekts nachdrücklich betont“, sagt Uni-Kanzler Ulf Richter, der die Siegener Wissenschaftler zum Observatorium begleitete.

Neben der offiziellen Unterzeichnung der Verlängerung des Forschungsabkommens standen ein Besuch des Experiments mit Besichtigung der Detektoren und Teleskope auf dem Programm. Außerdem nahm die Siegener Delegation an einer Festparade durch den argentinischen Ort Malargue, dem Standort des Observatoriums, teil. Im Vorfeld des Festaktes fand bereits das Jahrestreffen der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern statt. Die Universität Siegen ist mit den Arbeitsgruppen der beiden Physiker Prof. Dr. Markus Cristinziani und Prof. Dr. Markus Risse an dem Experiment beteiligt.

„Wir freuen uns sehr, dass das Experiment nun in die nächste Runde geht und wir unsere Forschung bis Ende 2035 fortsetzen können. In dieser zweiten Phase des Pierre-Auger-Observatoriums erwarten wir noch bessere Messdaten, da die Detektoren zwischenzeitlich technisch aufgerüstet und verbessert wurden“, sagt Prof. Cristinziani. „Wir arbeiten im Rahmen der Pierre-Auger-Kollaboration seit vielen Jahren sehr erfolgreich mit Kolleginnen und Kollegen aus aller Welt zusammen. Gerade in den aktuellen Krisenzeiten ist diese Form der internationalen Kooperation beispielhaft“, sagt Prof. Markus Risse, der bereits seit 2000 an dem Projekt beteiligt ist.

Im Zuge der Erweiterung des Observatoriums wurden die Wassertanks, mit denen von kosmischer Strahlung ausgelöste sogenannte „Luftschauer“ gemessen werden, mit zusätzlichen Szintillationsdetektoren ausgestattet. Sie reagieren besonders empfindlich auf Elektronen, während die Wassertanks vor allem Myonen, die schweren Geschwister der Elektronen, erkennen können. Im Zusammenspiel beider Detektoren wollen die Forschenden das Verhältnis von Elektronen und Myonen und daraus schließlich die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung bestimmen. Zusätzlich zu diesem Upgrade wurden die Detektoren mit Radio-Antennen ausgestattet, um auch Radiosignale messen zu können, die während der Luftschauer abgegeben werden. Eine Ertüchtigung der Elektronik ermöglicht nun außerdem, neben der kosmischen Strahlung auch Atmosphären-Blitze zu untersuchen.

Siegener Physiker*innen waren an Hardwarearbeiten im Bereich der Detektorelektronik und der Messung von Radiosignalen beteiligt. Außerdem analysieren und interpretieren sie die in Argentinien gewonnenen Messdaten. Ihre Expertise liegt hier vor allem in der Suche nach winzigen Lichtteilchen, den sogenannten ultrahochenergetischen Photonen – in diesem Bereich ist Siegen weltweit führend. Dass solche Photonen bei kosmischen Prozessen eine Rolle spielen, ist physikalisch bewiesen. Bisher ist es jedoch noch nicht gelungen, ein solches Photon auch tatsächlich bei den höchsten Energien zu messen. Durch das Upgrade könnte die Chance auf eine solche Entdeckung in Phase II des Experiments jedoch steigen.

Hintergrund:
Die Detektoren des Pierre-Auger-Observatoriums messen die kosmische Strahlung indirekt, über von der Strahlung ausgelöste Luftschauer. Dabei handelt es sich um kleinste Teilchen, die wie ein Schauer auf den Erdboden gelangen. Durchqueren Elektronen und Myonen eines solchen Schauers die Wassertanks, erzeugen sie darin kurze Lichtblitze, die von den empfindlichen Detektoren erfasst werden. Gleichzeitig überwachen Teleskope den Himmel über dem Experiment nach Fluoreszenzlicht, das von den Schauern ausgelöst wird. Aus den Daten können die Forschenden Einfallsrichtung, Energie und Typ der Strahlung bestimmen. Seit 2005 werden die Siegener Arbeiten am Observatorium in der Verbundforschung „Astroteilchenphysik“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Kontakt:
Prof. Dr. Markus Cristinziani (Projektleiter)
Tel.: 0271 740-3629
E-Mail: Markus.Cristinziani@uni-siegen.de

Prof. Dr. Markus Risse
Tel.: 0271 740-3789
E-Mail: Risse@physik.uni-siegen.de

Prof. Dr. Markus Cristinziani, Kanzler Ulf Richter und Prof. Dr. Markus Risse (v.l.) auf dem Gelände des Pierre-Auger-Experiments.