Teilchenfluss

Die Messungen des Auger-Detektors mit seinen insgesamt 1600 Wassertanks werden verwendet, um mit der großen Anzahl nachgewiesener Ereignisse deren Energieverteilung - das Energiespektrum der kosmischen Strahlung - zu bestimmen. Die Tatsache, dass der Luftschauer nur durch einen zweidimensionalen "Fußabdruck" des Luftschauers auf dem Erdboden registriert wird, macht es unmöglich ohne Modellierung der physikalischen Prozesse oder durch eine weitere unabhängige Messung die Energie des ursprünglichen Teilchens zu bestimmen.

Die Modellierung eines Luftschauers ist großen Unsicherheiten unterworfen, da die physikalischen Prozesse bei solch hohen Energien nur unzureichend bekannt sind. Hier kommt die große Stärke des "Hybridexperiments" Auger zu tragen. Der zeitgleiche Nachweis desselben Luftschauers durch Fluoreszenzteleskope ermöglicht ein quasi 3-dimensionales Abbild des Luftschauers. Der Fluoreszenznachweis ist eine kalorimetrische Messung und gibt direkten Aufschluss über die Energie des Teilchens. Da die Teleskope nur bei klaren mondlosen Nächten Schauer detektieren können reduziert sich die Messzeit allerdings auf 15% pro Jahr. Nun macht man sich zu nutze, dass die Energie sehr stark mit dem gemessenen Signal in den Wassertanks korreliert ist. Die Messgröße S(1000m), die zu sehen durch das Detektorfeld bestimmt wird, ist ein geeignetes Maß für die Schätzung der Energie. Sie wird auf einen Einfallswinkel von 38° relativ zum Zenit umgerechnet und so ergibt sich die Größe S_38° als winkelunabhängige Größe (Abb. 1).

Abb. 1: Korrelation zwischen der kalorimetrischen Energiemessung durch die Fluoreszenzmessung und dem Energieschätzer S_38° des Detektorfeldes.

Das sich hieraus ergebende Energiespektrum zeigt Abbildung 2. Die Resultate aus 2005 sind mit bisherigen Messungen verglichen. Während durch das HiRes-Experiment einen GZK-Effekt angedeutet wird, scheinen die Daten des AGASA-Experiments keinen solchen zu unterstützen [6]. Erst durch eine lange Messperiode des Auger-Observatoriums bei dem die Messunsicherheiten, z.B. durch unzureichende Kalibration der Detektoren verursacht, deutlich reduziert werden, kann eine definitive Aussage über die Existenz des Effekts getroffen werden.

Abb. 2: Das vorläufige Energiespektrum des Auger-Observatoriums wie es auf Konferenzen seit Mitte 2007 präsentiert wird.

Das Energiespektrum zeigt in der Tat einen starken Abfall, wie man es durch den GZK-Effekt erwarten würde. Allerdings ist dieser Schluß nur dann zulässig, wenn das Energiespektrum, die Elementzusammensetzung und Anisotropiemessungen ein kohärentes Bild ergeben damit z.B. ein frühzeitiges Erlahmen des Beschleunigers ausgeschlossen werden kann.