Schlagwort: Elementarteilchen

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Polarlicht-Zeitraffer über den italienischen Alpen

Videocredit und -rechte: Cristian Bigontina

Habt ihr letzte Nacht das Polarlicht gesehen? Diese Frage beschäftigte vor ein paar Tagen viele Menschen weltweit. Denn ungewöhnlich weit von den Polen der Erde entfernt war ein mächtiger Polarlichtsturm zu sehen.

Der Auslöser dafür war eine riesige Sonnenfackel der X-Klasse. Diese schleuderte am Dienstag energiereiche Elektronen und Protonen ins Sonnensystem. Diese traten über das Magnetfeld der Erde mit dem Planeten in Verbindung. Die Teilchen trafen hoch in der Erdatmosphäre auf Sauerstoffatome. Das ganze Bild ist von ihrem roten Leuchten durchflutet. Dabei tanzten senkrechte Streifen.

Das Zeitraffervideo zeigt eine Stunde komprimiert. Die Aussicht reicht von Cortina d’Ampezzo über die Gipfel der Alpen in Norditalien. Die Sterne unserer Milchstraße sprenkeln den Hintergrund. Im Vordergrund ziehen Flugzeuge und Satelliten ihre Streifen. Die aktuelle hohe Aktivität unserer Sonne liefert wahrscheinlich noch etwa ein Jahr lang malerische Polarlichter auf der Erde.

Galerie: Weltweite Polarlichter vom 10. auf 11. Oktober 2024

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Energiereiches Teilchen schlägt auf der Erde ein

Die Illustration zeigt eine sehr energiereiche kosmische Strahlung, die in der Erdatmosphäre einen Luftschauer auslöst. Unten ist eine Reihe von Luftschauer-Detektoren zu sehen.

Illustrationscredit: Osaka Metropolitan U./L-INSIGHT, Kyoto U./Ryuunosuke Takeshige

Es war eines der energiereichsten Teilchen, das auf der Erde einschlug, aber woher kam es eigentlich? Wie jede Art kosmischer Strahlung, die auf die Erdatmosphäre trifft, versprühte das nach der Shinto–Sonnengöttin Amerterasu benannte Teilchen einen Schauer aus Elektronen, Protonen und anderen Elementarteilchen.

Die Abbildung zeigt einen Luftschauer aus kosmischer Strahlung, der auf das Telescope Array in Utah, USA, traf, welches das Amaterasu-Ereignis im Mai 2021 aufzeichnete. Diese durch kosmische Strahlung verursachten Luftschauer sind so häufig, dass man wahrscheinlich selbst schon einmal in so einem Teilchenregen war, ohne es zu merken.

Der Ursprung dieser energiereichen Teilchen wird im Atomkern vermutet, bleibt aber in zweierlei Hinsicht ein Rätsel. Erstens ist nicht klar, woher ein einzelnes Teilchen oder ein Atomkern so dermaßen viel Energie haben kann, und zweitens blieben alle Versuche der Spur des Teilchens zu seinem Ursprung folgen, um Hinweise auf eine mögliche Quelle zu finden, bislang erfolglos.

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Die HESS-Teleskope erforschen den Hochenergie-Himmel

Videocredit und -rechte: Jeff Dai (TWAN), H.E.S.S. Arbeitsgemeinschaft;
Musik: Ibaotu Katalognummer 1044988 (Mit Genehmigung verwendet)

Sie wirken wie moderne mechanische Dinosaurier, doch es sind gewaltige schwenkbare Augen, die den Himmel beobachten. Das Hochenergie-Stereoskopische System (H.E.S.S.) besteht aus vier reflektierende Spiegelteleskope, jeweils 12 Meter groß, diese sind um ein größeres Teleskope mit einem 28-Meter-Spiegel angeordnet.

Die Teleskope wurden so konzipiert, dass sie ein seltsames Flackern in blauem Licht – sogenannte Tscherenkow-Strahlung – aufspüren können. Diese Strahlung entsteht, wenn sich geladene Teilchen etwas schneller bewegen als die Lichtgeschwindigkeit in der Luft. Dieses Licht wird abgestrahlt, wenn ein Gammastrahl von einer fernen Quelle ein Molekül in der Erdatmosphäre trifft und einen Schauer geladener Teilchen auslöst.

H.E.S.S. ist empfindlich für einige Photonen mit sehr hoher Energie (TeV), die das Universum durchqueren. Das System H.E.S.S. ist seit 2003 in Namibia in Betrieb und sucht nach Dunkler Materie. Bisher entdeckte es mehr als 50 Quellen, die energiereiche Strahlung abgeben, zum Beispiel Supernovaüberreste oder die Zentren von Galaxien, die sehr massereiche Schwarze Löcher enthalten.

Die H.E.S.S.-Teleskope wurden im Juni gefilmt. Die Zeitrafferaufnahmen zeigen, wie sie vor dem Hintergrund der Milchstraße und den Magellanschen Wolken schwenken und starren. Gelegentlich zischt ein Satellit im Erdorbit vorbei.

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Nordlicht über Südeuropa

Über Cáceres in Zentralspanien leuchteten Polarlichter. Im Vordergrund ragt ein Gebäude über den Horizont, dahinter leuchtet der Himmel unten orangefarben und darüber violett.

Bildcredit und Bildrechte: Lorenzo Cordero

Habt ihr in den letzten zwei Nächten ein Polarlicht gesehen? Viele Leute, die nicht im hohen Norden der Erde leben, konnten eines beobachten. Berichte von Polarlichtern in den USA kamen nicht nur aus nördlichen Gegenden wie Alaska, sondern auch aus dem Süden, etwa Texas oder Arizona. Auch über Europa und Asien breitete sich ein riesiges Polarlichtoval aus.

Hier seht ihr ein eindrucksvolles rotes Polarlicht, das letzte Nacht in der Nähe der Stadt Cáceres in Zentralspanien fotografiert wurde. Auch aus Teilen von Südspanien kamen Berichte.

Die Polarlichter waren das Ergebnis eines starken koronalen Massenauswurfs (KMA) vor wenigen Tagen auf der Sonne. Teilchen des KMA durchquerten das innere Sonnensystem und kollidierten mit dem Magnetfeld der Erde. Von dort wanderten Elektronen und Protonen auf spiralförmigen Bahnen entlang der nördlichen Magnetfeldlinien der Erde hinab und kollidierten mit Sauerstoff und Stickstoff in der Erdatmosphäre. So kam es zu malerischen Polarlichtern.

Unsere ungewöhnlich aktive Sonne bietet vielleicht bald wieder eine Gelegenheit, um Nordlichter am Südhimmel zu sehen.

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Bestätigtes Myonen-Taumeln bleibt rätselhaft

Experimente des Brookhaven National Laboratory und des Fermilabs (Bild) sind vielleicht ein Hinweis, dass es virtuelle Teilchen gibt, die außerhalb des Standardmodells liegen.

Bildcredit: Fermilab Nationales Labor; Fotograf: Reidar Hahn

Beschreibung: Wie schnell taumeln Elementarteilchen? Eine überraschende Antwort auf diese scheinbar belanglose Frage kam 2001 vom Brookhaven National Laboratory in New York in den USA. Sie lässt die Vermutung zu, dass das Standardmodell der Teilchenphysik, das in der Physik weithin anerkannt wird, unvollständig ist. Das Ergebnis besagt, dass grundlegende Komponenten des Universums noch nicht entdeckt wurden.

Besonders das Myon wird seit 1999 in einer Serie an Experimenten, die als g-2 (g minus zwei) bekannt sind, wegen seiner relativ starken Taumelbewegung unter die Lupe genommen. Das Myon ist ein Teilchen ähnlich einem schweren Elektron. Experimentiergruppen auf der ganzen Welt versuchten, das Ergebnis von Brookhaven zu bestätigen, und setzte Theoretiker*innen unter Druck, es besser zu verstehen.

Letzte Woche wurde berichtet, dass das bisher empfindlichste Myonen-Taumelexperiment, das am hier abgebildeten nationalen Fermi-Labor (Fermilab) in Illinois durchgeführt wurde, mit dem Ergebnis von Brookhaven übereinstimmte und ebenfalls ein leicht anomales Myonen-Taumeln nachwies.

Die Taumelrate ist sensitiv für ein seltsames Meer virtueller Teilchen, die überall aus dem Nichts auftauchen und wieder verschwinden. Die unerwartete Taumelrate ist vielleicht ein Hinweis, dass dieses Meer virtuelle Teilchen einer Art enthält, die außerhalb des Standardmodells liegt. Alternativ ist es vielleicht ein Hinweis, dass es Fehler in den theoretischen Vorhersageberechnungen gibt. An diesen Prognosen sind typischerweise extrem komplexe Supercomputer beteiligt.

Künftige Durchläufe am Fermilab-g-2-Experiment werden die Präzision weiter erhöhen – und vielleicht auch den statistischen Unterschied zwischen dem Universum, das wir messen, und dem Universum, das wir verstehen.

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Pulsierendes Polarlicht über Island

Videocredit und -rechte: Stéphane Vetter (Nuits sacrées); Musik: Eric Aron

Warum pulsieren manche Polarlichter? Wir wissen es nicht. Dieses ungewöhnliche Verhalten ist schon lange bekannt, doch die Ursache wird noch erforscht. Dieses Video von Mitte März zeigt eindrucksvoll pulsierende Polarlichter über dem Gletscher Svínafellsjökull auf Island. Es dauert 48-Sekunden und ist keine Zeitrafferaufnahme.

In den Abschnitten, wo sich der Astrofotograf im Vordergrund bewegt, ist das Echtzeit-Pulsieren gut erkennbar. Wenn man die rätselhaft flackernden Himmelsfarben genau betrachtet, wiederholen sich einige Strukturen scheinbar, andere jedoch nicht. Die Schnelligkeit des Pulsierens ist ungewöhnlich. Oft pulsieren Polarlichter mit einer Frequenz von mehreren Sekunden.

Aktuelle Forschungen zeigen, dass Pulse häufiger bei Polarlichtern vorkommen, die von Elektronen erzeugt werden als bei Polarlichtern von Protonen. Außerdem könnte das Erdmagnetfeld im Einklang mit ihnen schwanken.

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Das Higgs Boson – als Cartoon erklärt

Illustrationscredit und Rechte: Jorge Cham, PHD-Comics

Was ist das für ein Wirbel um das Higgs-Boson? Die Welt der Physik ist in heller Aufregung. Ein Elementarteilchen, das im weitgehend erfolgreichen Standardmodell der Teilchenphysik zu erwarten ist, könnte vielleicht bald vom riesigen Large Hadron Collider (LHC) am europäischen CERN entdeckt werden.

Der Begriff Boson bezieht sich auf ein Elementarteilchen, das Ähnlichkeiten mit dem Photon aufweist, während mit Higgs der Physiker Peter Higgs gemeint ist. Er publizierte unter anderem eine Arbeit, die den Mechanismus vorhersagt, durch den ein solches Teilchen wirken könnte.

Dieser Animationsfilm erklärt humorvoll und sehr detailreich, warum das Higgs-Boson erwartet wird und eine Methode des Large Hadron Collider, mit der danach gesucht wird. Es gibt Gerüchte, dass vorläufige Spuren des Higgs-Bosons bereits gefunden werden, und sogar das Nicht-Finden dieses ungewöhnlichen Teilchens würde die Tür zu einem neuen grundlegenden Verständnis der Funktion unseres Universums öffnen.

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Polarlicht über Island

Am Himmel wölben sich mächtige grüne Polarlichter über dem isländischen Gletscher Vatnajökull.

Bildcredit und Bildrechte: Daniel Lopez (El Cielo de Canarias)

Wenn ihr einen Himmel wie diesen seht – fotografiert ihn! Vor drei Nächten bemerkte der abenteuerlustige Fotograf im Bild auf Island einen Himmel voller Polarlichter und tat genau das. Danach fügte er fünf kleinere Fotos ein, die er am Vatnajökull fotografiert hatte. So entstand dieses 180-Grad-Panorama vom ganzen Himmel, das von Polarlichtern beleuchtet ist.

Polarlichter entstehen, wenn energiereichen Teilchen von der Sonne ins Magnetfeld der Erde gelangen. Dann regnen geladene Teilchen wie Elektronen und Protonen an den Erdmagnetpolen herab und stoßen auf die Luft. Die getroffenen Luftmoleküle fangen losgelöste Elektronen ein. Wenn Elektronen in Sauerstoffmolekülen in den Grundzustand zurückfallen, strahlen sie grünes Licht ab. Polarlichter können eine Vielfalt an Formen und Farben zeigen.

Aktuell: Supernova in M95 – aktuelle Bilder
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