Präzise Messung von Kernfragmentationsquerschnitten für das Verständnis von Teilchenproduktion in der Milchstraße

• Antragsteller: Dr. Michael Unger
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426579465

Eine neue Generation von weltraumbasierten Detektoren hat den Fluss galaktischer kosmische Strahlung mit bisher unerreichter Präzision im Prozentbereich gemessen. Diese Messungen dienen zum Verständnis des Ursprungs der kosmischen Strahlung und bieten zudem die Möglichkeit zur indirekten Suche nach Dunkler Materie in der Milchstraße und Studien zu neuen physikalischen Phänomenen jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik. Der beobachtete Überschuss von gemessenen Antiteilchen (Antiprotonen und Positronen) gegenüber den astrophysikalischen Erwartungen hat viele Spekulationen über den Ursprung dieser Anomalie ausgelöst. Eine sichere Aussage über eine exotische Komponente in der Teilchenproduktion in der Milchstraße benötigt jedoch ein genaue Kenntnis der Kernfragmentationsquerschnitte in Kollisionen von kosmischen Teilchen mit dem interstellaren Medium.In diesem Antrag schlagen wir vor eine genaue Messung aller Querschnitte vorzunehmen, die für die Interpretation von sekundären kosmischen Kernen wichtig sind. Die vorgeschlagene Messkampagne zielt darauf ab, die momentanen Unsicherheiten der Querschnitte von um 20% auf wenige Prozent zu reduzieren und somit eine Genauigkeit zu erreichen die der der gemessenen kosmischen Teilchenflüsse entspricht.Hierzu wollen wir mit Hilfe des NA61/SHINE Experiment am SPS Beschleuniger des CERN die entstehenden Isotope in Kernwechselwirkungen detektieren. Das Messprogramm beinhaltet die Fragmentation leichter Kerne (Li, Be, B, C und N) deren Flüsse üblicherweise dazu verwendet werden um die Propagation kosmischer Strahlung in der Milchstraße zu untersuchen. Um bei gegebener Strahlzeit die nötige Anzahl von Kollisionen aufzeichnen zu können, werden wir uns am Ausbau des NA61/SHINE Experiments beteiligen, mit dem die momentan mögliche Rate der Datenauslese verzehnfacht werden soll. Darüber hinaus werden wir neue Strahldetektoren entwickeln um die Ankunftsrichtung der Strahlteilchen genau bestimmen zu können.Die hier vorgeschlagene Messung wird zu einer einzigartigen vollständigen Datenbank nuklearer Reaktionen führen die einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis kosmischer Strahlung leisten wird und mit der der astrophysikalische Untergrund für indirekte Suchen nach Dunkler Materie und Neuer Physik genau bestimmt werden kann.Dieses deutsch-polnische Projekt zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Kooperation zwischen einem der weltführenden Institute für die Untersuchung kosmischer Strahlung (KIT) und der Schlesischen Universität fördert in der ein ausgezeichnetes Wissen über Schwerionen und Strahldetektoren vorhanden ist. Die Zusammenarbeit beider Institute wird es der polnischen Seite ermöglichen ein neues Forschungsfeld zu bearbeiten. Gemeinsamen Studien der aufgezeichneten Daten durch die Detektor- und Analyseexperten beider Kooperationspartner werden sicherstellen, dass die Messung mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Dr. Seweryn Kowalski