Wie ist das Universum entstanden? Diese Frage beschäftigt die Menschheit bereits seit Jahrhunderten. Ein wenig Licht ins Dunkel könnten bald die Ergebnisse des so genannten AMS-Experiments bringen, bei dem ein Detektor auf der internationalen Raumstation ISS drei Jahre lang die Eigenschaften der kosmischen Höhenstrahlung messen soll.
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Die Erde wird ständig von hochenergetischen geladenen und neutralen Teilchen aus dem Kosmos getroffen. Auch das sichtbare Licht, Röntgenstrahlung und so genannte g-Quanten gehören dazu. Ein großer Anteil dieser Strahlung ist ein Relikt des Urknalls, in dem unser Universum entstanden ist. Galten damals schon die Gesetze der Physik, wie wir sie heute kennen, müsste vor 14 Milliarden Jahren neben der Materie genauso viel Antimaterie entstanden sein. Allerdings wurde nie ein entsprechender Anteil im Universum nachgewiesen. Eine solche Beobachtung würde auf Galaxien aus Antimaterie hinweisen, aus denen nach Sternenexplosionen – so genannten Super-Novae – Teilchen mit hoher Energie bis zur Erde fliegen. Damit wäre eines der größten Rätsel der modernen Physik gelöst.
Rätsel der fehlenden 90 Prozent
Ein weiteres, nicht weniger rätselhaftes Phänomen ist die Natur der dunklen Materie. Forscher wissen heute, dass nur etwa zehn Prozent der Materie im Universum so aufgebaut sind, wie die, aus der der Mensch oder die uns bekannte Materie geschaffen ist: aus Atomen mit einem Kern und Elektronen in der Hülle. Wie aber sind die restlichen 90 Prozent beschaffen?
Die erwarteten Zerfallsprodukte der dunklen Materie in unserer Milchstraße kann man auf der Erde nicht nachweisen, da sie durch die Atmosphäre absorbiert werden. Dies sind nur zwei Beispiele für grundlegende Fragen, zu deren Lösung Experimente im Weltraum erforderlich sind. Das AMS-Experiment wird einige Antworten und wahrscheinlich auch einige Überraschungen parat halten, denn bisher hat noch kein Detektor oberhalb der Erdatmosphäre die kosmische Höhenstrahlung mit dieser Präzision vermessen.
Magnetfeld als Teilchensortierer
AMS steht für Alpha Magnetic Spectrometer. Hierbei steht „Alpha“ für die historische Bezeichnung der ISS. „Magnetic“ deutet auf das Magnetfeld im Inneren des Detektors hin, das auf die geladenen Teilchen wirkt. Und „Spectrometer“ besagt, dass verschiedene Eigenschaften der kosmischen Strahlung – etwa das Energiespektrum – gemessen werden.
Das Herzstück von AMS ist der Silizium-Spurdetekor, der innerhalb eines supraleitenden Magneten betrieben wird. Hier werden Teilchen aufgrund seiner Ladung durch ein Magnetfeld abgelenkt. Aus der Ablenkungsrichtung kann der Spurdetektor bestimmen, ob das Teilchen positiv oder negativ geladen ist. Er misst den Durchgang von Teilchen auf 0,01 Millimeter genau. Die Position der Detektorscheiben aus Silizium wird durch ein neuartiges Lasersystem, das eigens an der RWTH entwickelt wurde, kontrolliert. Ein weiterer wichtiger Baustein ist der ACC (Anti Coincidence Counter). Hier werden mögliche querfliegende Teilchen, die die Messung der senkrecht fliegenden Teilchen im Spurdetektor stören oder beeinflussen könnten, nachgewiesen.
Die Aachener Forscher hoffen auf einen Start des Space Shuttles im Jahr 2008, um das AMS-Experiment zur Raumstation ISS zu bringen, damit möglichst bald viele wichtige Daten und Informationen per Satellit zur Erde gesendet werden können, die uns neue Einblicke in die Entstehung des Universums geben werden.
(Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 11.11.2004 – NPO)
