Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 2001
Programm und Abstracts der Sitzung T 501

Multivariante Analyse zur Bestimmung des Energiespektrums und der Elementzusammensetzung der geladenen kosmischen Strahlung im PeV-Bereich

•M. Roth¹, A.A. Chilingarian², H.J. Gils¹, H. Rebel¹ und A. Vardanyan² für die KASCADE-Kollaboration
¹FZ Karlsruhe, Institut für Kernphysik
²Cosmic Ray Division, Yerevan Physics Institute, Yerevan 36, Armenia

Die Information, die sich aus Luftschauer-Beobachtungen im Energiebereich von 10¹⁵ eV bis 5·10¹⁶ eV zur Bestimmung des Energiespektrums der kosmischen Strahlung ergibt, ist durch Unsicherheiten sowohl intrinsischer als auch statistischer Fluktuationen begrenzt. Zur Analyse kommen daher nichtparametrische Verfahren zum Einsatz, die auf der Basis einzelner Ereignisse mehrere Observable sowie deren Korrelationen verwenden. Nicht nur das all-particle-Spektrum ist physikalisch bedeutsam, sondern auch die Häufigkeit einzelner Elementgruppen. Es soll der Weg zur Energie- und Massebestimmung aufgezeigt und die Analyse gemessener Daten erläutert werden.

Suche nach Feinstruktur am 'Knie' des Größ enspektrums ausgedehnter Luftschauer

•Gerd Schatz
Habichtweg 4, D-76646 Bruchsal

28 Spektren der Schauergröß e N_e ausgedehnter Luftschauer im Bereich des 'Knies' werden in konsistenter Weise analysiert. Es zeigt sich, dass zur Beschreibung 5 Parameter erforderlich sind: Lage des Knies N_K, Exponenten oberhalb und unterhalb, Intensität und eine endliche Krümmung. Die Differenzspektren zwischen Beobachtung und Fit werden so verschoben, dass die Kniepositionen zusammenfallen, und dann gemittelt. Der Mittelwert weicht unterhalb N_e » 5N_K maximal 1 % von 0 ab. Weiter oberhalb deutet sich eine statistisch marginale Struktur an, die ihre maximale Abweichung bei N_e » 50N_K erreicht.

TRACER, ein neuer Detektor zur direkten Messung des Energiespektrums der kosmischen Strahlung im TeV-Bereich

•Jörg R. Hörandel^1,2, Florian Gahbauer², German Hermann^3,2, Dietrich Müller², Simon Swordy² und Scott Wakely^2
1Universität und Forschungszentrum Karlsruhe, Postfach 3640, 76021 Karlsruhe
²The Enrico Fermi Institute, The University of Chicago, 933 East 56^th Street, Chicago, IL 60637, USA
³Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg

Ein neues Instrument zur direkten Messung der Energiespektren schwerer Kerne (O - Fe) in der kosmischen Strahlung im Energiebereich von 10¹¹ eV bis zu einigen 10¹⁴ eV wird vorgestellt. Das TRACER-Instrument besteht aus einem Übergangsstrahlungsdetektor und einer Anordnung von Proportionalzählrohren, mittels denen Auftreffort, Richtung und Energie aller Teilchen bestimmt werden, die das Instrument durchqueren. Zwei Plastikszintillatoren, die das Instrument nach oben und unten abschließen, dienen zur Ladungsmessung und gleichzeitig als schnelle Triggerquelle. Ein erster Ballonflug wurde mit TRACER im Herbst 1999 von Ft. Sumner/Neu Mexico durchgeführt. Im Januar 2000 wurde der Detektor an einem Teststrahl am Fermilab kalibriert. Ein zweiwöchiger Ballonflug ist für 2002 von Fairbanks/Alaska aus geplant. Vorläufige Ergebnisse und der aktuelle Stand der Arbeiten werden vorgestellt.

Status der Aufbauarbeiten zum Südexperiment des Pierre-Auger-Projekts

•H.O. Klages, H. Blümer, E. Bollmann, H. Gemmeke, A. Grindler, R. Gumbsheimer, K.-H. Kampert, Matthias Kleifges, J. Kleinfeller und H.-J. Mathes für die internationale AUGER-Kollaboration
Forschungszentrum und Universität Karlsruhe, Institut für Kernphysik, Postfach 3640, 76021 Karlsruhe

Das internationale Pierre-Auger-Projekt hat die Untersuchung der kosmischen Strahlung bei allerhöchsten Energien zum Ziel. Dafür ist zunächst auf der Südhalbkugel in der Pampa Amarilla im Westen Argentiniens ein 3000 km² großes Detektorfeld mit 1600 Wasser-Cherenkov-Detektoren und 4 Stationen für insgesamt 30 Fluoreszenzteleskope in Vorbereitung. Im Sommer 2000 wurde mit dem Aufbau eines hybriden Prototypsystems begonnen. Dieses „ Engineering Array“  besteht aus 40 Wassertanks sowie 2 optischen Teleskopen. Über die Zielsetzung des Experiments und den aktuellen Status der Arbeiten wird berichtet.

Luftschauersimulation für das Auger-Experiment

•M. Risse, D. Heck, B. Keilhauer, S.S. Ostapchenko und T. Thouw
Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik, Postfach 3640, 76021 Karlsruhe

In diesem Jahr startet das Auger-Experiment [1] in einer Prototypphase die Erforschung der höchstenergetischen kosmischen Strahlung. Parallel zu ersten Messungen wird eine umfangreiche Simulationsdatenbank mit dem Luftschauersimulationsprogramm CORSIKA [2] erzeugt. Die detaillierte Simulation sämtlicher Sekundärteilchen (Größenordnung 10¹³ Teilchen bei Primärenergien von 10²⁰ eV) ist nicht möglich, daher kommen Techniken des „ Ausdünnens“ zum Einsatz. Zur genaueren Beschreibung der Fluoreszenzlichtproduktion wird die Ausgabe zusätzlicher Information entlang der Schauerentwicklung angestrebt. Simulationsstatus und aktuelle Fragestellungen werden diskutiert.

[1] Auger-Kollaboration, The Pierre Auger Observatory Design Report (1997), http://www.auger.org

[2] D. Heck et al., FZKA 6019, Forschungszentrum Karlsruhe (1998), http://www-ik3.fzk.de/ ~ heck/corsika

Erste Testergebnisse der Digitalelektronik für das Auger-Experiment

•Matthias Kleifges, Hartmut Gemmeke, Andreas Kopmann, Norbert Kunka, Sascha Menchikov und Denis Tcherniakhovski
Forschungszentrum Karlsruhe, HPE, Postfach 3640, 76021 Karlsruhe

Das internationale PierreAugerProjekt will die höchstenergetische Komponente der kosmischen Strahlung (E ³ 10¹⁹ eV) bezüglich Herkunft, Energieverteilung und Teilchenkomposition untersuchen. Zur Zeit wird in Argentinien auf einem Teilgebiet des über 3000 km² großen Meßfelds ein Prototypdetektor aufgebaut. Der Nachweis der von Primärteilchen ausgelösten Luftschauer geschieht durch eine Kombination aus Wasser-\breveCerenkov- und Fluoreszenz-Detektoren. Es wird über den gegenwärtigen Stand der Entwicklung des Fluoreszenz-Detektors berichtet, insbesondere über die digitale Auswerte- und Triggerelektronik. Erste Ergebnisse bezüglich Linearität, Signal/Rauschverhältnis, Übersprechen und Spurerkennung des Triggers werden vorgestellt. Sie wurden an einem zu einem Viertel bestückten Kamerasystem gewonnen.

Acceptance of the Pierre Auger Southern Observatory Fluorescence Detector to Horizontal Air Showers

•C.K. Guérard, H. Blümer, D. Heck, B. Keilhauer, S.S. Ostapchenko und T. Thouw
Forschungszentrum und Universität Karlsruhe, Institut für Kernphysik, Postfach 3640, 76021 Karlsruhe

Monte Carlo simulations of EAS have shown that for 10¹⁹ eV primaries and depths exceeding 3,000 g/cm² (equivalent to 70^° zenith angles) the electromagnetic component is very small and originates mainly from muon decay. Horizontal cosmic rays traversing Earth's atmosphere at an altitude of 18 km already encounter an equivalent column depth of ~ 6,000 g/cm². Fluorescence Detectors (FD) detect air fluorescence which is proportional to the energy deposited by charged particles. We show that nearly horizontal EAS originated by primaries with energies smaller than 100 EeV overpassing a FD will pass undetected unless they are neutrinos (or any other exotic weakly interacting particle) which happen to interact deep in the atmosphere. We compute the acceptance of the Southern Pierre Auger FD to such showers and, based on different neutrino flux and neutrino interaction models, find that, in the best scenario, the rate for detection of showers arising from (n_e+[`(n)]_e)N via charged-current interactions will be ~ 1/y.

KASCADE GRANDE: Ein Experiment zur Untersuchung der kosmischen Strahlung und ihrer Wechselwirkung im Energiebereich 10¹⁶ eV bis 5·10¹⁷ eV

•M. Roth und A. Haungs für die KASCADE-GRANDE-Kollaboration
Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik, Karlsruhe

Das Luftschauer-Experiment KASCADE mißt im Energiebereich von 5·10¹⁴ eV bis 5·10¹⁶ eV das Energiespektrum und die Elementzusammensetzung der kosmischen Strahlung. Um die Lücke zu EAS-Experimenten der höchsten Energien zu schließen, befindet sich eine Erweiterung in der Nähe des KASCADE Experimentes momentan im Aufbau. Neben der Bestimmung des Energiespektrums und der Elementzusammensetzung ist ein Studium für das Verständnis der hadronischen Wechselwirkungen bei solchen Energien notwendig, um zu noch höheren Energien extrapolieren zu können. Aufgrund des Multidetektor-Layouts des bestehenden KASCADE Experiments läßt sich bei dieser Erweiterung eine Fülle von Parametern im Einzelschauer untersuchen. Das neu zu schaffende Detektorfeld wird durch die Wiederverwendung der Szintillationszähler des EAS-TOP Experiments realisiert. Es werden somit Energien im Bereich von 10¹⁶ eV bis 5·10¹⁷ eV gemessen. Die Erweiterung kann durch die bestehende Anlage bei einer Energie von ungefähr 10¹⁶ eV kalibriert und getestet werden. Es soll eine kurze Darstellung der Ziele, das Detektor-Layout, sowie der aktuelle Stand des Aufbaus diskutiert werden.

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Zuletzt geändert am 05.06.2001

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