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10.08.11 · 20:30 Uhr

Die Erde hat einen Gürtel aus Antimaterie

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 7

Von PAMELA hatten wir es schon mehrere Male, das ist der Satellit ("Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics") der das Verhältnis von Teilchen zu Antiteilchen misst. Also wieviele Elektronen und wieviele Positronen man dort draußen im All auffangen kann. Und wieviele Protonen/Antiprotonen. Die findet man vor allem in der kosmischen Strahlung, und kann dann Rückschlüsse auf die Quellen der Strahlung. Wie z.B. Dunkle Materie. Oder vielleicht auch doch nicht. Aber natürlich kann der Satellit auch Protonen einfangen die im Magnetfeld der Erde gefangen sind. Und konnte so auch nachweisen, dass es auch einen Gürtel an Antiprotonen um die Erde gibt!

Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben, glücklicherweise, denn es schützt uns vor kosmischer Strahlung, vor allem vor Sonnenstürmen. In der inneren Region des Magnetfeldes, wenige hundert Kilometer über der Erdoberfläche, befinden sich die van Allen-Strahlungsgürtel, die sich um die Erde legen und elektrisch geladene Teilchene insperren können. Außen sind Elektronen gefangen, etwas weiter innen Protonen.

Die Teilchen stammen vor allem aus der Sonnenaktivität, können aber auch aus kosmischer Strahlung von außerhalb des Sonnensystems kommen. Sie müssen nur, zufällig, die richtige Richtung einschlagen, sodass sie in den Gürteln gefangen werden. Und da dort draußen wenig Betrieb ist, sitzen sie dann auch halbwegs ungestört in der Falle - was uns zu den Antiprotonen bringt.

Ja wo kommt ihr denn her?

Schließlich reagieren Protonen mit Antiprotonen in gegenseitiger Zerstörung - daher sind nur draußen im All und nur da wo Magnetfeld-Fallen sind die Chancen gegeben, Antimaterie gelagert zu finden. Dieser neue van Allen-Gürtel aus Antiprotonen wurde theoretisch vorhergesagt und konnte jetzt von der PAMELA-Kollaboration bestätigt werden (hier im arXiv).
Antiprotonen können direkt aus Paarbildung mit einem Protn entstehen. Um viele Größenordnungen häufiger ist allerdings der sogenannte CRANbarD-Prozess. Er geht aus dem CRAND (Cosmic Ray Albedo Neutron Decay)-Prozess hervor, bei dem Neutronen die in der oberen Atmosphäre aus Kollisionen mit kosmischen Strahlen entstanden sind, aus der Atmosphäre entkommen. Freie Neutronen aber zerfallen zu Protonen, die eingefangen werden können und dann ihrerseits wieder in Stoßprozessen Neutron-Antineutron-Paare erzeugen. Die Antineutronen wiederum zerfallen zu elektrisch negativ geladenen Antiprotonen, die bei passender Flugrichtung in einem Magnetgürtel gefangen werden.

Kosmischer Surfer

Wie konnte man diesen nun finden? Nun, PAMELA kreist dort draußen um die Erde und sieht sich vor allem nach Antiteilchen um. Auf dem Weg surft der Satellit aber auch manchmal ein Stück durch die vorhergesagte Position des Antimaterie-Gürtels - in der Southern Atlantic Anomaly (SAA), in der die Gürtel der Erde am nächsten sind. Und da schaute man eben einmal hin, ob man mehr Antiprotonen messen konnte:

Die roten Kreise (mit dem roten Fehlerbalkenkreuz) geben die gemessenen Antiprotonen in der gesuchten Region an. Insgesamt hat man 28 Antiprotonen gefangen, vergleichsweise wenig aber immer noch deutlich mehr als nur aus der kosmischen Strahlung stammend (die schwarzen Quadrate) oder aus atmosphärischer Produktion (offene blaue Kreise). Außerdem sieht man noch zwei Linien, das sind zwei theoretische Vorhersagen für die Antiprotonen-Dichte. Man sieht, Selesnick et al. lagen deutlich näher dran, aber immer noch einen Faktor 10 daneben.
Aus diesen Messungen kann man ermitteln, dass dort draußen Milliarden Antiprotonen gelagert sind, sagte Francesco Cafagna dem "New Scientist".
Da wird dann schon gerechnet, wie man damit Weltraummissionen antreiben könnte. Aber da würde ich jetzt mal die Science Fiction im Hut lassen...aber ein paar interessante Experimente lassen sich sicherlich damit anstellen.

Adriani, O., Barbarino, G., Bazilevskaya, G., Bellotti, R., Boezio, M., Bogomolov, E., Bongi, M., Bonvicini, V., Borisov, S., Bottai, S., Bruno, A., Cafagna, F., Campana, D., Carbone, R., Carlson, P., Casolino, M., Castellini, G., Consiglio, L., De Pascale, M., De Santis, C., De Simone, N., Di Felice, V., Galper, A., Gillard, W., Grishantseva, L., Jerse, G., Karelin, A., Kheymits, M., Koldashov, S., Krutkov, S., Kvashnin, A., Leonov, A., Malakhov, V., Marcelli, L., Mayorov, A., Menn, W., Mikhailov, V., Mocchiutti, E., Monaco, A., Mori, N., Nikonov, N., Osteria, G., Palma, F., Papini, P., Pearce, M., Picozza, P., Pizzolotto, C., Ricci, M., Ricciarini, S., Rossetto, L., Sarkar, R., Simon, M., Sparvoli, R., Spillantini, P., Stozhkov, Y., Vacchi, A., Vannuccini, E., Vasilyev, G., Voronov, S., Yurkin, Y., Wu, J., Zampa, G., Zampa, N., & Zverev, V. (2011). THE DISCOVERY OF GEOMAGNETICALLY TRAPPED COSMIC-RAY ANTIPROTONS The Astrophysical Journal, 737 (2) DOI: 10.1088/2041-8205/737/2/L29

 

Autor: Jörg· 7 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

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