Ein Besuch beim DESY

Um Schwarze Löcher (SL) zu fotografieren, benötigt es Radioteleskope. Um jene jedoch erst einmal genau von der Erde aus aufzuspüren, bedarf es Gammateleskope, denn das größte Hindernis ist und bleibt die Atmosphäre.

Für jene Teleskope erscheinen Objekte wie SL nicht als einzelne punktförmige, sondern als mehrere schwächere Lichtquellen. Dies liegt an der über 100km uns befindliche Schutzschicht, die Lichtbrechung zu Folge hat. Die genaue Lage kann mithilfe von Teleskopen mit einem Durchmesser von etwa 11km Durchmesser rekonstruiert werden, indem man die empfangenen Signale kombiniert.


Diese “Lichtstrahlkompositionen” werden ebenfalls am DESY analysiert

Was uns zum eigentlichen Anlass bringt: Ich war zu Besuch in der Helmholtz-Gesellschaft in Hamburg. Nach einem Einganggsvortrag, wurde uns in einer Führung das namensgebende DESY (Deutsche Elektronen-Synchrotron) gezeigt. Dabei handelt es sich um einen von mehreren Teilchen-Beschleunigern auf dem gesamten Areal außerhalb der Stadt.


Es ist der größte aktive Ringbeschleuniger mit 2km Umfang, denn HERA (6,3km) ist mittlerweile abgeschaltet. Zusätzlich verfügt das Gelände über weitere Linearbeschleuniger und Synchrotrons.

Mithilfe der Synchrotrons kann die sogenannte Synchrotron-Strahlung detektiert werden. Die ist nämlich eine Strahlung, welche Teilchen erst bei extrem hohen Geschwindigkeiten aussenden und somit an Energie verlieren. Dabei gilt im Allgemeinen:

 \Delta E=\frac{(Ze)^2* \beta^3 * \gamma^4} {\epsilon _0 * 3R}
mit ΔE → Synchrotron-Energie; Z → Ordnungszahl; eElementarladung; ε₀ elektrische Feldkonstante; RSynchrotronradius; βv/c
y→ Lorentzfaktor = E/m*c²

Für Elektronen mit sehr geringer Masse und beschleunigt auf annähernd Lichtgeschwindigkeit (β ≈1) heißt das dann:

 \Delta E=\frac{(Ze)^2*E^4} {\epsilon _0 * 3R * (mc^2)^4}
Das heißt, dass die emittierte Energie bspw. um einen Faktor 2⁴ steigt, wenn man die Masse halbiert.

Bei Protonen ist die Energie um den Faktor 10¹² kleiner und ist damit eigentlich vernachlässigbar. Dennoch gab es bei HERA sowohl für Elektronen als auch für Protonen eine (Test-)Strecke.


Der nächste Aspekt wäre die Strahlzeit: Diese ist erst durch den Aufbau einer Messung, dieser kann bis zu einem Tag dauern, möglich. Sie selbst beschreibt die anschließende Messzeit, von meist mehreren Stunden, sodass eine ordentliche Anzahl von Emergieemission analysierbar wird. Dennoch ist dies weitaus lukrativer, da, um eine vergleichbare Strahlungsmenge mit dem Hubble Weltraumteleskop einzufangen, erheblich höhere Kosten entstehen würden.


Hier sieht man eine solche Vorbereitungsmontage

Zu guter letzt noch eine kleine Exkursion zum Higgs-Teilchen: Dieses x sorgt bei den meisten Teilchen durch die Bewegung innerhalb des sog. Higgs-Feldes für die spezifische Masse derer. Wobei bei gewissen Neutrinos auch bei diesem Phänomen noch Fragen offen stehen, weshalb es falsch ist zu sagen, dass das Higgs-Feld den Teilchen Masse verleiht.

In diesem Video sieht man, wie kosmische Teilchen, welche detektiert werden:


Hier noch weitere Bilder von meinem Aufenthalt an einem nicht ganz gewöhnlichen Ort der nicht ganz normalen Physik.

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