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HZDR entdeckt 1_2012

Forschung// Das Forschungsmagazin aus dem HZDR WWW.Hzdr.DE 28 29 Es handelt sich um einen nahen Verwandten des Elektrons, das entsteht, wenn kosmische Strahlung aus dem Weltall auf Atomkerne in der Atmosphäre trifft. Damit Müonen die Messungen nicht stören, müssen die entsprechenden Labors mindestens 1.000 Meter tief unter die Erde verlegt werden. So sagt es zumindest die bisher gängige Lehrmeinung, und einige solcher tiefstgelegenen Beschleuniger-Anlagen sind derzeit weltweit in Planung. Müssen die Beschleunigeranlagen aber wirklich so tief gelegen und damit auch schwer zugäng- lich und teuer sein? Das fragten sich zurecht Physiker aus Dresden und Debrecen. Der Felsenkeller in Dresden Daniel Bemmerer vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossen- dorf hat mit Kollegen im Haus sowie vom Institut für Kern- forschung der Ungarischen Akademie der Wissenschaften, von der Technischen Universität Dresden und vom Verein für Kernverfahrenstechnik und Analytik Rossendorf (VKTA) Testmessungen durchgeführt und Berechnungen angestellt mit dem Ergebnis, dass Niederenergie-Beschleuniger für die Kern-Astrophysik nicht unbedingt 1.000 Meter und tiefer liegen müssen. Voraussetzung ist vielmehr, dass ein solcher Beschleuniger wenigstens durch etliche Meter Fels von der Umgebung abgeschirmt wird und der Detektor, der die astrophysikalischen Ereignisse messen soll, während des Durchgangs eines Müons aus der Atmosphäre kurzzeitig abgeschaltet wird. Die Wissenschaftler haben ein und dasselbe Nachweisge- rät – einen für beschleunigergestützte Experimente üblichen Gammadetektor – für dreierlei Messungen genutzt: über der Erde, wenige Meter unter der Erde im Felsenkeller Dresden und tief unter der Erde am LUNA-Beschleuniger in Gran Sasso/Italien (LUNA steht für Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics und ist zugleich das italienische Wort für Mond). Der Felsenkeller Dresden ist ein von 47 Meter dickem Fels geschütztes Labor, Betreiber ist der Verein für Kernver- fahrenstechnik und Analytik (VKTA). Ein Kooperationsvertrag regelt die Nutzung durch die TU und das Helmholtz-Zentrum in Dresden. Während die Astrophysiker der TU um Kai Zuber im Felsenkeller das Rätsel um die Dunkle Materie zu lüften hoffen, interessieren sich die Kollegen am HZDR dafür, wie die bekannten chemischen Elemente im Universum genau entstehen. Beide Gruppen sind darauf angewiesen, uner- wünschte Teilchen ebenso wie die natürliche Strahlung – die so genannte Untergrundstrahlung – von ihren Experimenten fernzuhalten. Durch Literaturstudien, eigene Berechnungen und die Expe- rimente mit dem an drei unterschiedlich tiefen Orten einge- setzten Detektor kam Daniel Bemmerer zusammen mit seinen Kollegen zu dem Schluss, dass ein kombinierter Ansatz am schnellsten zum Ziel führt. Einige der international ange- strebten Experimente zur Messung von astrophysikalischen Wirkungsquerschnitten müssen tatsächlich in tief gelegenen Beschleunigern durchgeführt werden, doch beileibe nicht alle. Für viele Experimente reicht eine Felswand von rund 45 Metern, wie im Felsenkeller, zur Abschirmung aus, wenn entweder das Labor in Gänze oder zumindest der Detektor mit einem zusätzlichen Schutz versehen sind. Vor dem Hin- tergrund dieser Ergebnisse müssen die weltweit geplanten, teuren Beschleunigeranlagen nochmals überdacht werden. Niederenergie-Beschleuniger sind günstig zu haben und könnten mit relativ wenig Aufwand in vorhandene Labore wie den Felsenkeller Dresden integriert werden. Damit würden sich einige der teuren Bescheunigerbauten erübrigen. Gemeinsam abgestimmte Experimente zwischen HZDR und TU Dresden zur Kern-Astrophysik im Felsenkeller macht Dresden zu einem hervorragend geeigneten und international sichtbaren Ort für solche Experimente. Nun fehlt nur noch ein geeigneter Beschleuniger im Felsenkeller – oder anderenorts. PUBLIKATION: “Shallow-underground accelerator sites for nuclear astro- physics: Is the background low enough?”, in The European Physical Journal A, Bd. 48 (2012), S. 8, DOI 10.1140/epja/ i2012-12008-7 KONTAKT _Institut für Strahlenphysik im HZDR Dr. Daniel Bermmerer d.bemmerer@hzdr.de _Institut für Kern- und Teilchenphysik Technische Universität Dresden Prof. Kai Zuber zuber@physik.tu-dresden.de www.tu-dresden.de FELSENKELLER: Ehemaliges Eislager einer Dresdner Brauerei © Jasmina Jovanovic - Fotolia.com

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