Atmosphäre
Fluoreszenz-Emission

Atmosphäre

Für die Rekonstruktion und Simulation von ausgedehnten Luftschauer ist es notwendig, die atmosphärischen Bedingungen am Ort des Experimentes zu kennen. Deshalb wurden mehrere Systeme zur Überwachung der Atmoshäre auf dem Gebiet des Auger-Süd-Detektors installiert. Hier werden die Daten diskutiert, die die molekularen Eigenschaften der Atmosphäre beschreiben.

Die molekularen Eigenschaften der Atmosphäre werden mittels der folgenden Variablen in Abhängigkeit von der Höhe beschrieben:

• Temperatur [K]
• Druck [hPa]
• Dichte [kg/m³]
• Atmosphärische Tiefe [g/cm²]
• relative Luftfeuchte [%]
• Windgeschwindigkeit [m/s]
• Windrichtung [°]

Messtechnik Um die Variablen in Abhängigkeit von der Höhe zu messen, die die molekularen Eigenschaften der Atmosphäre beschreiben, führt die Karlsruher Auger Gruppe meteorologische Radiosondierungen durch. Die atmosphärischen Profile werden dabei typischerweise vom Auger-Niveau (rund 1450 m üNN) bis zu 25 km üNN aufgenommen. Zudem zeichnen Boden-Wetterstationen die gleichen Variablen in 5 Min. Intervallen auf.

Atmosphäre - Daten und Modelle Die atmoshärischen Bedingungen in Abhängigkeit von der Höhe haben große zeitliche Fluktuationen. Daher können zusätzlich zu den tatsächlichen Messungen auch Modelle sinnvoll sein. Innerhalb der Auger-Kollaboration wurden Modelle mit verschiedenen zeitlichen und rämlichen Gültigkeiten entwickelt.

Fluoreszenz-Emission

Die Messung ausgedehnten Luftschauer kann durch den Nachweis von Fluoreszenz-Emission erfolgen. Die Elektronen und Positronen der ausgedehnten Luftschauer regen die Stickstoff-Moleküle der Atmosphäre an und die Abregung verläuft teilweise über die Emission von Fluoreszenzlicht, hauptsächlich im Wellenlängenbereich von 300 - 400 nm.

Zur Anwendung der theoretischen Kenntnisse der Fluoreszenz-Emission in der Luftschauer-Rekonstruktion bedarf es der Implementierung der atmosphärischen Abhängigkeiten. Hierbei sind Temperatur-, Druck- und Luftfeuchte-Effekte, insbesondere bei den Abregungsprozessen der Stickstoff-Moleküle, Gegenstand aktueller Forschung. Parallel zu den Arbeiten am Verständnis der Prozesse auf molekularer Ebene, wird in verschiedenen Labor-Experimenten die Fluoreszenz-Emission in Abhängigkeit von verschiedenen Gasbedingungen gemessen.

Die Arbeiten auf diesem Gebiet werden seit einigen Jahren auf regelmässig stattfindenden Workshops diskutiert:
FIWAF 02 - Utah, USA, 2002
Air Light 03 - Bad Liebenzell, Deutschland, 2003
IWFM 05 - Habere-Poche, Frankreich, 2005
4th air fluorescence workshop - Prague-Pruhonice, Tschechien, 2006
5th Fluorescence Workshop - El Escorial-Madrid, Spanien, 2007
6th Air Fluorescence Workshop - L'Aquila, Italien, 2009

Experimente

Hier werden MeV Elektronen einer radioaktiven Sr-90 Quelle als anregenden Teilchen verwendet. Die Elektronen werden in eine Szintillationskammer geleitet, die mit Stickstoff oder Luft gefüllt werden kann. Das Gasvolumen ist von mehreren Photomultipliern umgeben, die das emittierte Fluoreszenzlicht nachweisen. Vor den Photomultipliern sind unterschiedliche Interferenz-Filter eingebaut, damit das Fluoreszenzlicht in verschiedenen Wellenlängen detektiert wird. Bei diesem Experiment kann bei Gasdrücken von 5 bis 1000 hPa gemessen werden. Zudem kann zusätzlich Wasserdampf in die Kammer eingeleitet werden.

Theorie

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