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Internationale Raumstation ISS
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AMS-02 - Ein magnetischer Detektor geht auf Teilchenjagd

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    AMS-02 nach der Installation an der ISS

    AMS-02 nach Installation auf dem sogenannten Starboard Truss, einer Gitterstruktur der Internationalen Raumstation ISS. Rechts ist das angedockte Spaceshuttle Endeavour zu erkennen, das AMS-02 in den Erdorbit beförderte.

  • AMS

    Teilchenfänger im Weltall: AMS

    Das Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS) sitzt an der Außenseite der Internationalen Raumstation ISS. Das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geförderte Projekt zeichnet jährlich 16 Milliarden Teilchen der kosmischen Strahlung auf.

  • AMS

    AMS: Experiment an der Außenseite der Internationalen Raumstation

    Am 16. Mai 2011 transportierte das Space Shuttle Endeavour das Alpha-Magnet-Spektrometer AMS zur Internationalen Raumstation ISS. Dort wurde das vom DLR geförderte Projekt an der Außenseite installiert, um mit ihren Detektoren die kosmische Strahlung zu erfassen.

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Der Alpha Magnetic Spectrometer (AMS)-02 ist Dunkler Materie und damit auch unserer Existenz auf der Spur. Wie der Name schon sagt, Dunkle Materie ist dunkel: Sie sendet keine Strahlung aus, die man mit Hilfe von Teleskopen sehen könnte. Ihre Existenz wird durch astronomische Beobachtungen nahegelegt, die ausschließlich auf der Wirkung ihrer Schwerkraft beruhen. Außerdem wird ihr eine wichtige Rolle bei der Strukturbildung im Universum zugeschrieben. Ohne ihre Schwerkraft hätten sich Galaxien, Sterne und Planeten - und damit auch das irdische Leben - nicht entwickeln können.

Woraus besteht aber diese Dunkle Materie? Eine Antwort kann die Teilchenphysik liefern. Im Rahmen von Erweiterungen des Standardmodells der fundamentalen Kräfte wird die Existenz neuer Elementarteilchen gefordert, auf die auch die Eigenschaften der Dunklen Materie zutreffen. Besonders vielversprechende Kandidaten sind sogenannte Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) - massebehaftete, schwach wechselwirkende Teilchen. Zwar lassen sie sich wegen der schwachen Wechselwirkung und ihrer fehlenden Ladung auch mit AMS nicht direkt nachweisen, doch misst das Spektrometer Zerfallsprodukte wie Positronen. Sie entstehen, wenn WIMPs miteinander kollidieren. AMS dient den Forschern hierbei als eine Art Elementarteilchen-Kamera, welche die kosmische Strahlung über einen weiten Energiebereich hinweg mit 2.000 Bildern pro Sekunde und einer Auflösung von 200.000 Pixeln "aufnimmt". Die verschiedenen Bestandteile der kosmischen Strahlung zeugen von hochenergetischen Ereignissen in unserem Universum: auf der Sonne, in Supernova-Explosionen, in Pulsaren und in aktiven Galaxienkernen, in denen sich Schwarze Löcher verbergen. Darunter den Fingerabdruck der Dunklen Materie zu finden, erfordert sehr gezieltes Suchen.

Experimentbeschreibung:

AMS-02 ist außen an der Gitterstruktur der Internationalen Raumstation montiert. Kernstück des Aufbaus ist ein 1.200 Kilogramm schwerer Neodym-Permanentmagnet mit circa 0,14 Tesla. Im Magnetfeld befinden sich mehrere Ebenen eines Silizium-Streifendetektors mit einer aktiven Fläche von 6,5 Quadratmetern. Damit wird der Durchgang von geladenen Teilchen auf acht Ebenen mit einer Einzelpunktauflösung von zehn Mikrometern vermessen. Die Flugbahnen von geladenen Teilchen werden in dem Magnetfeld dieses Magnetspektrometers gekrümmt. Anhand der Krümmung können der Impuls der geladenen Teilchen und das Ladungsvorzeichen bis zu Teilchenenergien von 1.000 Giga-Elektronenvolt bestimmt werden. Die Stabilität des Spurdetektors wird mit Hilfe eines Laseralignment-Systems mit einer Präzision von fünf Mikrometern überwacht. Seitlich ist der Spurdetektor vom Teilchenzähler umgeben, der den seitlichen Durchgang der geladenen Teilchen überwacht. Um die Masse der geladenen Teilchen zu bestimmen, wird das Experiment nach oben durch einen Übergangsstrahlungs-Detektor und nach unten durch einen Ring-Image-Tscherenkow-Zähler sowie ein elektromagnetisches Kalorimeter (ECAL) komplettiert. Um die Flugzeiten und damit die Geschwindigkeiten der Teilchen zu messen und die Ausleseelektronik der anderen Detektorkomponenten auszulösen, befinden sich ober- und unterhalb des Siliziumspurdetektors ein Flugzeit-Massenspektrometer. Die von dem Experiment erzeugte Energie wird zur Kühlung mit Radiatoren in den Weltraum abgestrahlt.

Status:

AMS-02 hat seinen Betrieb im Mai 2011 aufgenommen. Seit dieser Zeit werden ständig Daten erfasst. Der zehntägige Precurserflug des AMS-Experimentes (AMS-01) während der Space Shuttle STS-91 Mission 1998 zeigte die technologische Machbarkeit und führte erste wissenschaftlich erfolgreiche Messungen durch.

Ergebnisse:

Im April 2013 wurden die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse veröffentlicht, die auf 25 Milliarden registrierten Teilchen in den ersten 18 Monaten der Mission beruhen – darunter 6,8 Millionen Elektronen und Positronen. Der Anteil der Positronen bis zu einer Energie von 350 Giga-Elektronenvolt zeigt den erwarteten Überschuss mit bisher unerreichter Präzision. AMS muss aber noch weitere Daten bei höheren Energien sammeln, damit entschieden werden kann, ob das Spektrum durch Kollisionen von Dunkle-Materie-Teilchen oder durch Pulsare in der Milchstraße verursacht wird.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

AMS-02 wird uns helfen, ein besseres Verständnis der Kosmologie, Teilchenphysik und der hochenergetischen Prozesse in unserer Milchstraße und im Universum zu erlangen. Aber auch interplanetare Missionen profitieren von der Mission. Die Kenntnis der hochenergetischen Teilchenstrahlung ist die Basis für Maßnahmen, zum Beispiel Abschirmungen, um bemannte Raumfahrt jenseits des Erdorbits zu ermöglichen.

Start: 16. Mai 2011 / Space Shuttle Endeavour (STS-134)
ISS-Zeitraum Mai 2011
Unterbringung Truss-Gitterelement S3
Experimentator Prof. Dr. Stefan Schael; Prof. Dr. Wim de Boer
Einrichtung RWTH Aachen; Karlsruher Institut für Technologie
Bereich Astrophysik
Partner 500 Physiker aus 56 Forschungsinstituten aus 16 Ländern; NASA

 

Zuletzt geändert am:
03.07.2014 13:49:35 Uhr