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Die Entdeckung der kosmischen Strahlung war ein entscheidender Schritt für die Entwicklung der Teilchenphysik und für das Verständnis der kleinsten Bauteile des Universums. Zum ersten Mal standen hochenergetische Teilchen für Messungen zur Verfügung und brachten bedeutende neue Einsichten, wie die Entdeckung von Antiteilchen, Mesonen und Myonen. Auch heute noch ist das Studium der kosmischen Strahlung ein äußerst aktives Forschungsgebiet.

Dieses öffentliche Event wurde gemeinsam vom Institut für Hochenergiephysik (HEPHY) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, dem Österreichischen Weltraum Forum (ÖWF), dem Österreichischen Versuchssender-Verband (ÖVSV) und der Victor-Franz-Hess-Gesellschaft veranstaltet.

Am 1.9.2012 versammelten sich trotz schlechten Wetters etliche InteressentInnen auf den Kasematten am Grazer Schloßberg, um den Start eines Stratosphärenballons samt wissenschaftlichem Rahmenprogramm zu verfolgen. Der prominenteste Teilnehmer war zweifelsohne Helmut Denk, Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, der in seiner Begrüßungsrede vom HEPHY als einem "Leuchtturm-Institut" sprach.

Während Hess vor 100 Jahren seinen Ballon mit Wasserstoff füllte, kommt heute ausschließlich das nicht brennbare Helium zum Einsatz. Etwa 6 Kubikmeter genügen, um die leichte Nutzlast von nur 1,3 kg - ein Polystyrol-Behälter mit GPS-Empfängern, Kameras und Messinstrumenten - Richtung All zu befördern.

Kurz nach 11 Uhr hieß es dann "Leinen los" und der Ballon entschwebte gen Himmel. In den nächsten Minuten erreichten uns spektakuläre Luftbilder von der Bordkamera, die allerdings bald dem eintönigen Grau der Wolkendecke wichen. Zunächst mochte der Ballon nicht recht steigen und schwebte in nördlicher Richtung mehrere Stunden in einer Höhe von 2 bis 5 Kilometern dahin. Grund dafür war der permanente Regen, der in größerer Höhe auf dem Ballon vereiste und diesen wieder nach unten drückte. Dort schmolz das Eis auf und der Ballon konnte erneut steigen.

In der Zwischenzeit gab es auf den Kasematten einen spannenden Vortrag über Victor Franz Hess und die Geschichte der Radioaktivität von Heinz Krenn, dem Vizepräsidenten der Victor-Franz-Hess-Gesellschaft. Danach erzählte der mehrfache Weltmeister im Ballonfahren, Josef Starkbaum, mit Videos von seinen Weltrekordfahrten in einem bemannten Heißluftballon. Schließlich wurde auch die Physik der kosmischen Strahlung und was man mit ihr machen kann von Thomas Bergauer, dem Leiter des Fachbereichs Halbleiterdetektoren am HEPHY, erläutert.

Den Abschluss des Events bildete die Auflösung der Schätzfrage "Wie hoch wird unser Ballon heute steigen?", an der sich alle Gäste beteiligen konnten. Zu diesem Zeitpunkt war der Ballon immer noch auf wenigen Kilometern Höhe, sodass die pessimistische Einschätzung von Roland Maderbacher den Hauptgewinn - eine Ballonfahrt mit Rudi Albrecht, ebenfalls Weltmeister - erlangte.

Damit war zwar kurz nach 13 Uhr die Show vorüber, der Stratosphärenballon aber noch lange nicht am Ziel angelangt. Um etwa 16 Uhr kam der Ballon östlich von Krems aus der Schlechtwetterzone heraus und begann wieder zu steigen. Bei Retz war er kurz vor 17 Uhr schon auf etwa 11km Höhe und passierte die Staatsgrenze nach Tschechien. In knapp 21km Höhe platzte dann der Ballon und leitete den Sinkflug am Fallschirm ein - kurz nach 18 Uhr landete die Kapsel nordwestlich von Brünn.

Somit war der Ballon etwa sieben Stunden unterwegs und legte dabei eine horizontale Distanz von beinahe 300km zurück - ein neuer Rekord in der Reihe der bereits zehn Ballonstarts des ÖWF! Mittlerweile wurde die Nutzlast geborgen und die in der Kapsel gespeicherten Bilder und Daten werden demnächst ausgewertet. Möglicherweise bekommen wir auf diese Weise doch noch Bilder von oberhalb der Wolkendecke zu sehen. "Über den Wolken muss die Freiheit wohl grenzenlos sein", dachten sich zumindest die Teilnehmer im trüben Regenwetter am Grazer Schloßberg.

Das 100-jährige Jubiläum der Entdeckung der kosmischen Strahlung wird heuer mit dem „Victor-Hess-Jahr“ gefeiert. Der österreichische Physiker Victor Franz Hess entdeckte 1912 bei einer Ballonfahrt in fünf km Höhe die kosmische Strahlung und legte damit den Grundstein für die Teilchenphysik. Für diese Errungenschaft erhielt er den Nobelpreis für Physik.

Die Veranstaltungsreihe des „Victor-Hess-Jahres“ endet mit einem besonderen Highlight: dem Start eines Stratosphärenballons begleitet von einem umfangreichen Rahmenprogramm. Dazu sagt Thomas Bergauer vom HEPHY, Projektleiter und Hauptorganisator der Veranstaltung: “Gemeinsam mit dem ÖWF werden wir am 1. September der interessierten Öffentlichkeit sowohl die Ballonfahrt als auch das Thema „kosmische Strahlung“ näherbringen. Höhepunkt ist der Start eines unbemannten Stratosphärenballons. Er wird 35 Kilometer hoch und damit bis an den Rand des Weltalls steigen.“

Michael Taraba vom ÖWF ergänzt: „Dies ist der zehnte Start unseres Stratosphärenballons. Die Zuschauer können live die faszinierenden Bilder mitverfolgen, die von der am Ballon befestigten Kamera gesendet werden. Zusätzlich ist der Ballon mit zwei unabhängigen Datensendern, einem Geigerzähler zum Nachweis der kosmischen Strahlung und einem GPS-Ortungssystem ausgerüstet. Auch die Daten, die schon von Victor Hess im Jahr 1912 gemessen wurden, werden live übertragen und ausgewertet“. Die Videobilder werden Amateurfunker der Landesgruppe Steiermark des Österreichischen Versuchssenderverbandes ÖVSV empfangen.

Thomas Bergauer vom HEPHY betont: „Mit dem Flug dieses High-Tech-Ballons können nicht nur die Messungen von Victor Hess nachvollzogen werden, sondern sogar Höhen erforscht werden, die Hess aufgrund der Temperaturen und des Mangels an Sauerstoff nicht zugänglich waren."

Im Rahmen der Veranstaltung können Besucher an einem Schätzspiel teilnehmen und versuchen, die maximale Flughöhe des Ballons zu erraten. Auf den Gewinner wartet ein Gutschein für eine Heißluftballonfahrt.

Termin: Samstag, 1. September 2012

Beginn: 10:00 Uhr

Ort: Kasematten am Grazer Schloßberg

Programm:

10:00 Uhr: Begrüßung und Moderation durch Norbert Frischauf vom ÖWF

10:30 Uhr: Start des Stratosphärenballons

11:00 Uhr: Vortrag: "Victor F. Hess und die Entdeckung der Kosmischen Strahlung", P.M. Schuster, Victor-Franz-Hess-Gesellschaft

11:30 Uhr: Vortrag: "Ballonfahren einst und jetzt",  J. Starkbaum, mehrfacher Weltmeister im Ballonfahren

12:00 Uhr: Vortrag: "Kosmische Strahlung in Alltag und Technik", T. Bergauer, Institut für Hochenergiephysik 

13:00 Uhr: Quiz-Auflösung & Preisverleihung - Hauptgewinn: Ballonfahrt

CMS beobachtet einen Überschuss an Ereignissen mit einer Masse von ungefähr 125 GeV, mit einer statistischen Signifikanz von fünf Standardabweichungen (5 Sigma) über dem erwarteten Untergrund. Wir interpretieren dies als die Erzeugung eines bislang nicht beobachteten neuen Teilchens. Die Evidenz dafür ist in den beiden Endzuständen mit der besten Massenauflösung am stärksten: der Endzustand mit zwei hochenergetischen Photonen (γγ) liefert die höchste Evidenz, der Endzustand mit zwei Paaren von geladenen Leptonen (Elektronen oder Myonen) die nächsthöchste. Die CMS-Daten schließen auch die Existenz des Standardmodell-Higgs-Bosons in den Massenbereichen 110-122.5 GeV und 127-600 GeV mit einem Konfidenzniveau von 95% aus – niedrigere Massen wurden bereits am LEP-Beschleuniger des CERN mit derselben statistischen Sicherheit ausgeschlossen. 

CMS hat den gesamten Datensatz an Proton-Proton-Kollisionen des Jahres 2011 und des heurigen Jahres bis 18. Juni 2012 analysiert. Diese Daten entsprechen ungefähr 10^15 Kollisionen (eine Million Milliarden), zu ungefähr gleichen Teilen in 2011 und 2012 vom LHC produziert. Die Reduktion dieser Datenmenge auf ein Ausmaß, das die weitere Auswertung erlaubt, erfolgte in Echtzeit durch ein Auswahlsystem (Trigger), dessen zentrale Elemente am Institut für Hochenergiephysik entwickelt und gebaut wurden.

Das Standardmodell der Teilchenphysik sagt voraus, dass das Higgs-Teilchen nach sehr kurzer Zeit in andere, bereits gut bekannte Teilchen zerfällt. CMS untersuchte die fünf wichtigsten Zerfallskanäle des Higgs-Bosons. Drei dieser Kanäle, die auch die höchste Empfindlichkeit aufweisen, liefern Paare von Bosonen (γγ, ZZ oder WW). Die beiden weiteren Kanäle liefern Paare von Fermionen (b-Quarks bzw. Tau-Leptonen). Die Zerfälle in zwei Photonen oder die in zwei Z-Bosonen mit anschließendem Zerfall in vier Elektronen oder Myonen erlauben auch die Ermittlung der Masse des gesuchten neuen Teilchens. Zu dieser Bestimmung tragen alle CMS-Detektorsysteme bei, die Messung von Energien und Richtungen der Leptonen stützt sich dabei in besonderem Maße auf den Silizium-Spurdetektor, zu dessen Bau, Betrieb und Verwendung in der Physikauswertung das Institut für Hochenergiephysik entscheidend beigetragen hat.

Die CMS-Daten sollten empfindlich genug sein, um das Standardmodell-Higgs-Teilchen im gesamten Massenbereich von 110 GeV bis 600 GeV mit einem Konfidenzniveau von 95% auszuschließen, falls es nicht existiert. Tatsächlich kann jedoch der Bereich von 122.5 GeV bis 127 GeV nicht ausgeschlossen werden, da wir dort den Überschuss an Ereignissen in drei der fünf untersuchten Zerfallskanäle messen. 

Innerhalb der statistischen Unsicherheiten sind die in den verschiedenen Suchkanälen erzielten Resultate konsistent mit den Erwartungen für die Existenz eines Standardmodell-Higgs-Bosons. Weitere Daten sind jedoch nötig, um herauszufinden, ob das beobachtete neue Teilchen alle Eigenschaften dieses Higgs-Bosons besitzt oder ob einige davon abweichen. Im zweiten Fall würde dies auf neue fundamentale Physik hinweisen, die über das derzeit gültige Standardmodell hinausgeht. Eines der bestbegründeten Modelle für diese neue Physik ist die Supersymmetrie. Diese Theorie liefert eine natürliche Erklärung für die niedrige Masse des Higgs; sie enthält ferner neue Teilchen, wovon eines auch ein Kandidat für die Dunkle Materie sein könnte.  Eine direkte Suche nach diesen neuen Teilchen ist eine der Prioritäten des CMS-Forschungsprogramms am Institut für Hochenergiephysik.

Der LHC liefert weiterhin Daten mit beeindruckender Rate. Bis Ende 2012 erwartet CMS, den bis jetzt aufgezeichneten Datensatz verdreifachen zu können. Diese zusätzlichen Daten werden es CMS ermöglichen, die Natur dieses beobachteten neuen Teilchens tiefer zu ergründen. Sie werden es auch erlauben, den Entdeckungsbereich für die vielfältigen Varianten der Suche nach neuer Physik weiter auszudehnen. 

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an:

• CMS Pressetext mit mehr Details
• CERN Pressestatements http://cern.ch/press/

http://cern.ch/press/

Seit Anfang des Jahres konnte die Datenmenge gegenüber dem Vorjahr mehr als verdoppelt werden, wodurch signifikante neue Ergebnisse erwartet werden. Bevor diese Ergebnisse bei der wichtigsten Teilchenphysik-Konferenz des Jahres in Melbourne präsentiert werden, werden sie den Kollegen am CERN und in den beteiligten Instituten vorgestellt.

Die interessierte Öffentlichkeit kann dieses Seminar auch am 4.7. ab 9 Uhr über einen CERN-Webcast mitverfolgen.

Seit der Entdeckung der W- und Z-Bosonen durch die Experimente UA1 und UA2 am CERN im Jahre 1983 ist die Suche nach diesem letzten fehlenden Teilchen des Standardmodells im Mittelpunkt des Interesses der Teilchenphysiker. An dieser  Suche ist auch das Institut für Hochenergiephysik als Mitglied der CMS-Kollaboration beteiligt. Zu Jahresende sollten genügend Daten zur Verfügung stehen, um die Existenz des Teilchens zu beweisen oder auszuschließen.

Vor der größten Konferenz für Hochenergiephysik in Melbourne, Australien, werden deshalb die einzelnen Experimente die Öffentlichkeit über den gegenwärtigen Stand der Suche informieren. Seit Beginn dieses Jahres konnte die Datenmenge gegenüber dem Vorjahr mehr als verdoppelt werden. Auf Grund der höheren Energie des Beschleunigers sollte auch die Produktion von Higgs-Teilchen verstärkt werden. Das sollte ein Resultat mit höherer Signifikanz ermöglichen.

Das wissenschaftliche Seminar wird am 4. Juli um 9:00 Uhr vom CERN aus übertragen. Für die österreichischen Teilchenphysiker erfolgt eine Übertragung in die Bibliothek des Institutes für Hochenergiephysik.

Im Anschluss an die Übertragung des wissenschaftlichen Seminars wird am Institut für Hochenergiephysik eine Pressekonferenz abgehalten werden, um die Resultate der Öffentlichkeit zusammenfassend zu präsentieren. Weitere Details zu dieser Veranstaltung werden im Laufe der kommenden Woche zur Verfügung gestellt werden.

Pressekontakt

Frau Mag. Brigitte De Monte
Tel.: + 43 664 884 765 42
E-Mail: brigitte.de.monte@oeaw.ac.at