Kap.3-2

Luftschauer
WS2009/10
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II)
1
Luftschauernachweis
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2
Luftschauer
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3
Atmospheric depth and interaction length
atmospheric depth:
interaction length:
first interaction:
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4
Passage of particles through matter (PDG review)
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5
6. ATOMIC AND NUCLEAR PROPERTIES OF MATERIALS
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6
Bethe-Bloch-Formula
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7
dE/dx Characteristics
Fermi plateau
minimal ionising
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8
Teilchenidentifikation (dE/dx)
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-Elektronen
P
P′
pe
p
e′
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
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Statistische Fluktuationen (Landau-Verteilung)
~
E
Tmax
 klein  stark asymmetrisch
 groß  symmetrisch, Gauß
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Statistical Fluctuations of dE/dx
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12
Bremsstrahlung
1
~ Z2
 x0
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Strahlungslängen und kritische Energien
Kritische Energie definiert durch:
Ek~ 1/Z
critical energy
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Energieverlust von Myonen
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Energieverlust und Reichweite von Myonen
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Photoabsorption
Photoeffekt
photoeffect
Compton-Effekt
Compton effect
Paarproduktion
Skala wird durch Thomson-WQ gesetzt
(Niederenergie  e-   e-):
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Photon-Absorptionslänge
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18
Compton-Effekt
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19
Paarproduktion
Schwelle:
Bei hohen Energien:
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Photon-Absorptionskoeffizient
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21
EM und Had. Schauer
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Hadronische WW
Mat erial
Z
x 0 [mm]
E k [MeV]
A
¸ a [mm]
¸ a =x 0
H2 O
Be
C
Al
Fe
Cu
W
Pb
U
1, 8
4
6
13
26
29
74
82
92
361
353
188
89
17.6
14.3
3.5
5.6
3.2
92
116
84
43
22
20
8.1
7.3
6.5
18
9
12
27
56
64
183
207
238
836
407
381
394
168
151
96
171
105
2.3
1.2
2.0
4.4
9.5
10.6
27.4
30.5
32.8
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Pion-Zerfall vs. Wechselwirkung
e.m. Komponente
Myon. Komponente

p
  c  c
m
I 
1
n I
A

N A I
(1 GeV: Zerfallslänge ~ 55 m)
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Luftschauer-Detektor
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25
Modell für eine em. Kaskade
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26
Schauerentwicklung
Moliere Radius:
Longo-Formel:
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27
Cherenkov Radiation
cos  C 
1
c / n  t

n
v  t
2
dN
 2 sin 2  C

ddx
for   400  700 nm :
dN
 500 sin 2  C  ' s / cm
dx
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Refractive Indices and Cherenkov Thresholds
cos  C 
1
n
 cos  C  1 for  
( 
threshold
1
 cos  C  1)
n
  1  cos  C 
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1
n
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1
n
largest angle
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Air Showers from HE  Rays
•
HESS Telescopes in Namibia
camera in action
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30
Ring Imaging in Water Tanks
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NeutrinoNachweis
Detektor
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Wechelwirkung
Myon
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Neutrino
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AMANDA / IceCube
 + N   + X  high energy  above C-threshold in ice
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Übergangsstrahlung (TR)
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Teilchenidentifikation: Methoden
•
Geladene Teilchen: Messe Impuls und Geschwindigkeit 
- Laufzeitmessung
m
p

- dE/dx-Messung
- Cerenkov-Strahlung
- Übergangsstrahlung
•
Kinematische Rekonstruktion der Masse
•
Elektronen, Photonen: elmag. Schauer
•
Myonen: Durchdringungsfähigkeit
•
Hadronen: Hadronische Schauer
•
Lebensdauermessung bei instabilen Teilchen (schwere Quarks, Leptonen, …)
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