Die kosmische Strahlung

Victor Hess bei einer seiner Ballonfahrten

Im Laufe des Jahres 1912 führte der österreichische Physiker Victor Franz Hess insgesamt zehn Ballonfahrten durch, bei denen er auf bis zu 5000m aufstieg. Dabei bestimmte er die Ionisation der Luft und entdeckte dass diese, im Gegensatz zur gängigen Theorie, mit steigender Höhe zunahm. Er schloss folgerichtig daraus, dass diese „Höhenstrahlung“ einen Ursprung außerhalb der Erde haben muss. Diese Tatsache wurde lange angezweifelt, vorallem durch den US-Physiker Robert Millikan, der selbst Experimente zur kosmischen Strahlung durchführte.

Hess Entdeckung, mit der er quasi die moderne Teilchenphysik begründete, wurde schlussendlich akzeptiert. Vierundzwanzig Jahre nach dem historischen Ballonflug hat er 1936 den Nobelpreis für Physik erhalten.

Aus Anlass des 100-jährigen Jubiläums der Entdeckung der kosmischen Strahlung wurde 2012 zum Victor-Hess-Jahr ausgerufen und bei mehreren Veranstaltungen die Entdeckung gewürdigt, wie z.B. beim Start eines unbemannten Stratosphärenballons.


Teilchenschauer in der Atmosphäre

Die kosmische Strahlung aus den Weiten des Weltalls wird primäre kosmische Strahlung genannt. Sie besteht fast ausschliesslich aus Protonen, den Kernen der Wasserstoffatome. In einer Höhe von ca. 15 Kilometer über der Erdoberfläche wird die Atmosphäre so dicht, dass dort die Protonen aus der primären kosmischen Strahlung mit den Atomen der Atmosphäre kollidieren. Durch Spallation (Kernzertrümmerung) entstehen aus den Kernen der Kohlenstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffatomen neue Teilchen. 

Sehr oft entstehen in diesem Prozess entweder neutrale oder geladene Pionen (im Bild links in grün dargestellt). Die Erstgenannten zerfallen meistens in zwei Photonen. Aus den geladenen Pionen entstehen wiederum Myonen, welche bis zur Erdoberfläche gelangen können (rote Spuren). Myonen sind ebenfalls instabile Elementarteilchen und zerfallen nach 2.2µs in Elektronen.

Myonen sind sehr durchdringend und können selbst innerhalb von Gebäuden mittels spezieller Nachweisgeräte wie z.b. einer Funkenkammer nachgewiesen werden.