Romantik aus den Tiefen des Weltalls! Details zum „Lasso“ und ultrahochenergetischen Photonen enthüllt

Im Jahr 1054 n. Chr. wurde ein Astronom der Nördlichen Song-Dynastie Zeuge des schockierendsten Anblicks im Universum: der Explosion einer Supernova. Fast tausend Jahre später, am 17. Mai 2021, zeichnete das High Altitude Cosmic Ray Observatory (LHAASO), eine bedeutende nationale wissenschaftliche und technologische Infrastruktur, ein Gammaphoton von 1,4 Billionen Elektronenvolt (1,4 PeV) auf. Dies ist das Photon mit der höchsten Energie, das der Mensch bisher beobachtet hat.

Zum ersten Mal haben Menschen in der Region des Schwans Gammaphotonen mit Energien von über Billiarden Elektronenvolt entdeckt (Foto mit freundlicher Genehmigung des Instituts für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften).

Kosmische Strahlung besteht aus hochenergetischen Teilchenströmen aus dem Weltall und ihr Ursprung ist ein hochaktuelles wissenschaftliches Thema. Bisherige Beobachtungen haben in der Milchstraße keine Himmelskörper gefunden, die kosmische Strahlung auf über 1 PeV beschleunigen können.

Außerdem teilte er Cao Zhen, dem Chefwissenschaftler von „Lasso“ und Forscher am Institut für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, viele Einzelheiten über ultrahochenergetische Photonen und „Lasso“ mit.

Luftbild von „Laso“ im August 2021 (Foto bereitgestellt vom Institut für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften)

Sind ultrahochenergetische Photonen und die „Photonen“ in der Hightech-Schönheitstechnologie „Photorejuvenation“ vom gleichen Typ?

Cao Zhen: Diese beiden Photonenarten sind im Wesentlichen gleich, aber die Photonen, die zur Bestrahlung der Haut verwendet werden, haben tatsächlich eine sehr niedrige Energie, während es sich bei den von uns entdeckten Photonen um Photonen mit ultrahoher Energie handelt.

Sichtbares Licht besteht beispielsweise aus Photonen mit relativ geringer Energie. Die Verwendung solcher Photonen zur Beleuchtung der Haut verursacht möglicherweise keinen Schaden. Bei etwas höherer Energie wird aus sichtbarem Licht jedoch ultraviolettes Licht, das zu Hautschäden führt. Wenn daher hochenergetische Photonen zur Beleuchtung der Haut verwendet werden, führt dies nicht zu einer Verjüngung der Haut, sondern zu einer Schädigung.

Darüber hinaus werden Sie überhaupt keine Reaktion zeigen, wenn das von uns entdeckte ultrahochenergetische Photon auf Ihre Haut trifft. Wenn jedoch weiterhin viele hochenergetische Photonen auf Ihre Haut treffen, werden Sie es nicht ertragen können.

Woher kommen diese ultrahochenergetischen Photonen?

Cao Zhen: Der Artikel, den wir im Magazin Nature veröffentlicht haben, berichtete tatsächlich über die Quellen, die wir in 12 Richtungen gesehen haben. Wir sind davon ausgegangen, dass sie innerhalb der Milchstraße grundsätzlich gleichmäßig verteilt sind. Das heißt, es besteht eine gleiche Wahrscheinlichkeit, dass einige ultrahochenergetische Photonenquellen fast überall in der Milchstraße auftreten. Daher glauben wir, dass es in der Milchstraße überall Photonen mit ultrahoher Energie gibt.

Aber unter diesen Photonen kommt das mit der höchsten Energie aus der Richtung des Schwans.

Woher wissen Wissenschaftler, dass die Photonen mit der höchsten Energie aus dem Sternbild Schwan stammen?

Cao Zhen: „Lasso“ empfängt in jedem Moment Signale vom Himmel. Einige der Signale sind Photonen und andere sind kosmische Strahlungsteilchen. Wir werden die kosmischen Strahlungsereignisse aufzeichnen und dann einen Weg finden, die Photonen mit ultrahoher Energie herauszufiltern.

Der größte Unterschied zwischen diesen Photonen und kosmischer Strahlung besteht darin, dass die Photonen aus einer bestimmten Richtung kommen und während ihres Fluges nicht durch das Magnetfeld abgelenkt werden.

Nachdem wir diese Photonen herausgesucht haben, können wir ihre Richtungen dem Himmelskoordinatensystem zuordnen und wissen dann, dass das Photon aus dem Sternbild Schwan stammt.

Nebel im Sternbild Schwan in Nordamerika.

Bildquelle: Tuchong Creative

In „Das Drei-Körper-Problem“ wurde erwähnt, dass Photonen eine der relativ einfachen Waffen der Außerirdischen sind. Ist es also möglich, dass es sich bei den von Wissenschaftlern beobachteten ultrahochenergetischen Photonen um Waffen handelt, die von Außerirdischen auf die Erde abgefeuert wurden?

Cao Zhen: Zunächst einmal ist es sehr schwierig, ein hochenergetische Photon künstlich zu erzeugen.

Wir haben festgestellt, dass unter den Photonen verschiedener Energien, die wir jetzt aufgezeichnet haben, die Anzahl der Photonen mit höherer Energie kleiner ist.

Wie wenig? Bei einer etwa zehnfachen Erhöhung der Energie verringert sich die Anzahl der Photonen um das Tausendfache. Dies zeigt, dass die Erzeugung eines Teilchens mit hoher Energie wesentlich aufwändiger ist als die Erzeugung eines Teilchens mit niedriger Energie. Darüber hinaus verfügt unsere Erde über eine sehr gute Schutzschicht – die Atmosphäre. Die Atmosphäre in niedrigen Höhen ist dick genug, um alle diese Partikel zu absorbieren.

Wenn wir also solche hochenergetischen Teilchen erzeugen würden, um uns anzugreifen, wäre das tatsächlich mit mehr Aufwand verbunden, als nötig wäre.

Diese Art von Photonen als Waffe zu verwenden, um die Erde anzugreifen, ist eine sehr dumme Idee, und sie (die Außerirdischen) würden das niemals tun.

Gibt es in diesem ultrahochenergetischen Photon irgendwelche ungewöhnlichen Informationen? Warum suchen Wissenschaftler nach dieser Art von Photonen?

Cao Zhen: Was uns derzeit am meisten verwirrt, ist, wie es dazu kam.

Denn wir haben auf der Erde viele große Beschleuniger gebaut. Die Europäische Organisation für Kernforschung hat beispielsweise eine 27 Kilometer lange Pipeline zur Beschleunigung von Teilchen gebaut. Die höchste Energie, auf die sie beschleunigen können, beträgt nur etwa ein Hunderttausendstel der Energie der ultrahochenergetischen Photonen, die wir sehen.

Der Mensch hat einen so großen Beschleuniger gebaut, kann den Teilchen jedoch keine weitere Energie hinzufügen. Wie also kann dieses ultrahochenergetische Photon aus dem Weltraum auf eine so hohe Energie beschleunigt werden?

Natürlich neigen wir heute eher dazu, zu glauben, dass es sich um ein natürliches Phänomen handelt und nicht um eine außerirdische Waffe. Deshalb haben wir verschiedene Modelle erstellt, um zu verstehen, wie die ultraenergiereichen Beschleuniger der Natur funktionieren.

Warum musste „Laso“ auf eine Höhe von 4.410 Metern rennen, um dem Licht nachzujagen?

Cao Zhen: Die Atmosphäre ist eine sehr wichtige Schutzschicht für den Menschen. Es kann uns vor Angriffen durch hochenergetische Teilchen schützen.

Andererseits ist dies für unsere Beobachtung sehr ungünstig, sodass wir den Detektor an einer sehr hohen Stelle platzieren müssen.

Bildquelle: Tuchong Creative

Ist es möglich, dass „Lazo“ für die Öffentlichkeit zugänglich ist?

Cao Zhen: Natürlich. Dieser Ort wird nach und nach zu einer öffentlich zugänglichen Basis für die Popularisierung der Wissenschaft und wir heißen alle Besucher herzlich willkommen.

Außerdem planen wir eine Aussichtsplattform, von der aus wir einen umfassenden Blick auf den „Lazo“ haben.

Wenn die Öffentlichkeit wirklich an „Laso“ interessiert ist, kann sie auch Kontakt mit uns aufnehmen und tiefer in die Materie einsteigen. Neben unserem Detektor befindet sich eine populärwissenschaftliche Einführung.

Wie groß ist das „Lasso“-Team?

Cao Zhen: Während der Bauphase hatten wir mehr als ein Dutzend Kooperationseinheiten und etwa 100 Mitarbeiter, und junge Doktoranden waren eine sehr wichtige Hauptkraft.

Durch die Herstellung und Installation des Detektors können sie verstehen, wie der Detektor funktioniert. Bei zukünftigen Datenanalysen können sie auch verstehen, welche Aspekte des Detektors welche Auswirkungen auf die Datenanalyse haben werden.

Wir haben außerdem eine wissenschaftliche Kooperationsgruppe mit 275 Personen gegründet. Sie kommen aus sechs Ländern, überwiegend chinesische Wissenschaftler. Auch diese Mannschaft ist eine recht junge Mannschaft. Natürlich sind es diese jungen Leute, die die effektivste Arbeit leisten und die schnellsten Ergebnisse erzielen.

Während der Bauzeit leisteten junge Menschen großartige Beiträge. Wir würden höchstens sieben oder acht Monate auf dem Berg bleiben. Ich habe einen jungen Kollegen, der oft Probleme hatte, wenn er verliebt war. Sobald er den Berg hinaufging, machte seine Freundin mit ihm „Schluss“. Aber wenn die Mission kam, würde er trotzdem gehen.

Was macht Lasso jetzt? Welchen Rat haben Sie für junge Menschen?

Cao Zhen: Da das „Kabel“ nun gebaut ist, müssen die jungen Leute nicht mehr lange auf dem Berg arbeiten. Sie müssen nur gelegentlich auf den Berg gehen, um den Detektor zu warten.

Unsere wichtigere Aufgabe besteht nun darin, Datenanalysen durchzuführen und uns auf die Erzielung wissenschaftlicher Ergebnisse zu konzentrieren.

„Laso“ bietet jungen Menschen auf jeden Fall Chancen, sofern sie den Mut haben, nachzudenken und die nötige Ruhe haben, um es umzusetzen.

Weiterführende Literatur: Vergangenheit und Gegenwart von „Laso“

„Laso“ ist eine bedeutende nationale wissenschaftliche und technologische Infrastruktur und liegt auf einer Höhe von 4.410 Metern auf dem Berg Haizi im Kreis Daocheng in der Präfektur Ganzi in der Provinz Sichuan.

Es handelt sich um ein großes nationales wissenschaftliches und technologisches Infrastrukturprojekt, das während des Zeitraums des „12. Fünfjahresplans“ ins Leben gerufen wurde. Es ist außerdem eine magische Waffe zum Einfangen kosmischer Strahlungspartikel, also „außerirdischer Besucher“. Es werde auch dazu beitragen, das „jahrhundertealte Rätsel der wissenschaftlichen Forschung im neuen Jahrhundert“ zu lösen.

Kosmische Strahlungsteilchen sind hochenergetische Teilchen, die aus dem Weltraum kommen. Geschützt durch die Atmosphäre wird der Großteil der Energie hochenergetischer Teilchen beim Durchgang durch die Atmosphäre absorbiert. Aus diesem Grund können Menschen die Ankunft kosmischer Strahlungsteilchen nicht spüren.

Obwohl man es nicht spüren kann, ist es sehr wichtig. Kosmische Strahlungspartikel sind die einzigen Materialproben aus dem Weltraum. Sie bergen die Geheimnisse der Himmelsentwicklung und des frühen Universums. Sie gelten in der akademischen Gemeinschaft als Boten „großer kosmischer Ereignisse“ und als Sonden zur Entdeckung „kosmischer Beschleuniger“.

Es ist mehr als hundert Jahre her, seit die Menschheit begann, hochenergetische Teilchen der kosmischen Strahlung zu untersuchen. In dieser Zeit wurden fünf Nobelpreisträger geboren. Dennoch ist es der Menschheit nie gelungen, den Ursprung und den Beschleunigungsmechanismus der hochenergetischen Teilchen der kosmischen Strahlung zu erklären. Der National Science and Technology Council der Vereinigten Staaten hat es sogar als eines der „11. Jahrhundert-Mysterien der wissenschaftlichen Forschung des neuen Jahrhunderts“ aufgeführt.

Im Jahr 2008 begannen chinesische Wissenschaftler mit Voruntersuchungen zum Bau des „LaCe“. Nach einer umfassenden Standortauswahl und Felduntersuchungen in den hochgelegenen Gebieten Chinas wurde der Berg Haizi im Kreis Daocheng mit einer durchschnittlichen Höhe von 4.410 Metern zum Standort des Observatoriums gewählt.

Umfassende Quellen: Xinhuanet, China Science Daily, Science and Technology Daily usw.