kosmische Strahlung

Teilchenphysik, kosmische Höhenstrahlung, Höhenstrahlung, primär überwiegend aus dem Weltraum stammende hochenergetische Teilchenstrahlung. Der ausserirdische Ursprung der kosmischen Strahlung wurde 1912 von V. F. Hess gezeigt und 1913 von W. Kolhörster bestätigt. R. Millikan nannte 1925 die von Hess gefundene »Ultrastrahlung« schliesslich kosmische Strahlung. Die primäre kosmische Strahlung besteht hauptsächlich aus Protonen, Alphateilchen (Alphastrahlung) und in geringem Teil aus Kernen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff bis zu Eisen und Nickel. Diese Kerne verursachen Schauer von Sekundärteilchen beim Stoss mit den Kernen der irdischen Atmosphäre. Die Energie der kosmischen Strahlung erstreckt sich über mehr als 10 Grössenordnungen von einigen 100 GeV bis über 10²⁰ eV. Teilchen niedriger Energie überwiegen jedoch. Das Teilchenspektrum zeigt eine Abhängigkeit in Form eines (nichtthermischen) Potenzgesetzes:I(E) » 1,8 × E^-g Nukleonen / cm² s sr GeV.

Der Spektralindex g beträgt etwa 2,7 und ändert sich oberhalb einiger 10¹⁵ eV auf ca. 3. Um das Spektrum über diesen grossen Energiebereich messen zu können, sind verschiedene Messtechniken erforderlich: von ballon- und satellitengetragenen, direkten Messungen (z.B. JACEE) bis zu erdgebundenen, indirekten Methoden (z.B. HEGRA). Der Ursprung der kosmischen Strahlung ist noch ungeklärt, dürfte aber weitgehend aus Supernovaexplosionen herrühren. Ebenso ungeklärt sind die Beschleunigungsprozesse, die diese Teilchen zu solch hohen Energien beschleunigen, die weit über den Möglichkeiten gegenwärtiger irdischer Beschleuniger liegen. Der Nachweis der kosmischen Strahlung hat weitgehende Erkenntnisse über die Elementarteilchen (z.B. Entdeckung des Positrons durch C.D. Anderson) und über den Aufbau des Kosmos gebracht. Zahlreiche Messmethoden der Kern- und Teilchenphysik finden bei der Erforschung der kosmischen Strahlung Anwendung: u.a. Ionisationskammern, Nebelkammern, Szintillationszähler, Tscherenkow-Zähler.

kosmische Strahlung 1: Spektrum unterschiedlicher Komponenten der kosmischen Strahlung.

kosmische Strahlung 2: Spektrum hochenergetischer kosmischer Strahlung oberhalb von ca. 1TeV aus Experimenten.