AMS-Experiment

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Die Frage nach der Natur der Dunklen Materie, der Ursache der Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum oder des Aufbaus der Materie in Neutronensternen betreffen die Grundlagen der modernen Physik. AMS hat das Potenzial, in den nächsten Jahren hierzu wichtige Beiträge zu liefern und unser Weltbild damit grundlegend zu verändern. Das Experiment startete am 16. Mai 2011 mit der Raumfähre Endeavour ins All.

 

Hintergrund

An Bord der Internationalen Raumstation ISS vermisst das Experiment AMS-02 die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung mit bisher unerreichter Präzision. Von besonderem wissenschaftlichen Interesse ist beim AMS-Experiment die Suche nach Anti-Materie, wie sie im Rahmen von kosmologischen Modellen als Relikt aus dem Urknall erwartet wird.

Des Weiteren gehört zu den großen offenen Fragen der modernen Physik die Natur der dunklen Materie, die, nach gegenwärtigem Verständnis, etwa 90% der gesamten Materie im Universum ausmacht. Auch bei dieser Fragestellung werden neue Erkenntnisse von AMS erwartet, die uns wichtige Aufschlüsse über die Entstehung und die Entwicklung des Universums geben sollen.

Wir stehen mit unserer Forschung noch ganz am Anfang. Aber bereits jetzt ist sicher: Mit AMS werden wir viel über die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung lernen und somit auch darüber, wie unsere Galaxie aufgebaut und unser Universum entstanden ist. 

Professor Stefan Schael, RWTH Aachen

AMS wird von einer internationalen Kollaboration aus 60 Forschungsinstituten aus 16 Ländern in enger Zusammenarbeit mit der NASA gebaut.

In Deutschland ist das I. Physikalische Institut der RWTH Aachen federführend an dem Experiment beteiligt. Die Forschungsarbeiten werden von der DLR gefördert.

Detektoren im All - Eine Herausforderung

Ein Prototyp des AMS (AMS-01) wurde 1998 während eines zehntägigen Fluges mit der Raumfähre Discovery erfolgreich getestet. Schon bei diesem kurzem Flug konnten die Spuren von über 100 Millionen geladenen Teilchen der kosmischen Höhenstrahlung vermessen werden. Die unerwartet reiche Ausbeute an erstklassigen wissenschaftlichen Ergebnissen hat die bisherigen Messungen über die Zusammensetzung der kosmischen Höhenstrahlung deutlich verbessert.

Dieser Flug mit dem Space Shuttle Discovery hat auf beeindruckende Weise gezeigt, dass es möglich ist, moderne Detektoren der Teilchenphysik erfolgreich im Weltraum zu betreiben. Die besondere Herausforderung ist es, Präzisionsmessgeräte so zu bauen, dass sie den mechanischen Belastungen bei Start und Landung des Space Shuttles standhalten.

Des weiteren müssen alle Komponenten gewichtsoptimiert werden, die Stromaufnahme der Detektoren muss minimiert werden und die erzeugten großen Datenmengen müssen intelligent komprimiert werden, um sie zur Erde übertragen zu können.

Die besonderen äußeren Bedingungen im Weltraum (Vakuum und Temperaturschwankungen von über 150 Grad Celsius) stellen extreme Anforderungen an die verwendeten Materialien und deren Zuverlässigkeit.

Perspektiven für Studierende

Die Ausbildung junger Physikerinnen und Physiker (Diplom - und Doktorarbeiten) in diesem anspruchsvollen internationalen Umfeld eröffnet attraktive Perspektiven für die berufliche Zukunft sowohl in der Forschung als auch in der Industrie.

Studierende haben die Möglichkeit, ihre Abschlussarbeiten im Kontext des AMS-Experiments zu schreiben. In jüngerer Vergangenheit wurden beispielsweise folgende Themen bearbeitet:

• Suche nach Hinweisen auf Dunkle Materie im Positron- und Anti-Proton Spektrum
• Entwicklung und Bau von Teilchendetektoren für Anwendungen im Weltraum
• Softwareentwicklung zur Detektorkalibration und zum Betrieb des Detektors auf der ISS