Kosmische straling
Kosmische straling is een verzamelnaam voor hoog-energetische deeltjes die ons vanuit de kosmos bereiken. Onder deze deeltjes bevinden zich geladen deeltjes, zoals protonen en kernen van helium en zwaardere elementen, maar ook hoog-energetische fotonen (γ-straling) en neutrino's. De energieën van deze deeltjes lopen uiteen van rond de 109 eV (elektronvolt) tot enkele malen 1020 eV. Op grond van de interactie tussen protonen en de kosmische achtergrondstraling verwacht men theoretisch dat het energiespectrum bij deze energieën eindigt, de zgn. GZK cut-off.
De oorsprong van de kosmische straling is slechts ten dele bekend. Laag-energetische deeltjes komen van de zon (de zonnewind), en van sterren uit ons melkwegstelsel. Deeltjes met energieën tot ongeveer 1016 eV zijn afkomstig van supernova's, zoals de uitbarsting die leidde tot de Krabnevel. Deeltjes met nog meer energie kunnen aan galactische magneetvelden ontsnappen en hebben waarschijnlijk een intergalactische oorsprong. Hierbij wordt gedacht aan Gamma-Ray Bursts (GRB), aan actieve kernen van verweg gelegen sterrenstelsels, en aan andere verschijnselen die met zeer energetische plasmajets gepaard gaan.
De primaire deeltjes waaruit de kosmische straling bestaat worden slechts zelden direct waargenomen. Deeltjes uit de zonnewind kunnen worden ingevangen door het aards magneetveld en verschijnselen als het poollicht veroorzaken. Hoog-energetische geladen deeltjes of fotonen die de atmosfeer binnenkomen veroorzaken na botsing met een stikstof- of zuurstofkern een regen van secundaire deeltjes, een extended air shower (EAS). Bij de bestudering van deze secundaire deeltjes zijn vele subatomaire deeltjes voor het eerst ontdekt, zoals het positron, het pion, het muon en de vreemde deeltjes zoals K-mesonen.
Het bestuderen van air showers kan op verschillende manieren: met scintillatiedetectoren, of Čerenkov detectoren in vloeistoftanks, waarmee vooral muonen maar ook elektronen waargenomen kunnen worden; of met zeer lichtsterke telescopen die fluorescentielicht van de air shower in de nachtelijke atmosfeer kunnen waarnemen. Het grootste bestaande experiment voor de bestudering van air showers is het Auger experiment in Argentinië. In Nederland wordt kosmische straling onderzocht door het HiSPARC-experiment, een samenwerkingsverband tussen enige tientallen middelbare scholen en een zevental academische instellingen.
Hoog-energetische fotonen worden waargenomen met behulp van speciale telescopen voor Čerenkovlicht in de atmoscfeer, zoals het HESS-experiment in Namibië. Om neutrino's waar te nemen maakt men gebruik van de zeldzame spontane overgang van neutrino's naar geladen deeltjes (i.h.b. muonen) bij het doorkruisen van de aarde. Zulke van onderop komende geladen deeltjes kan men wederom waarnemen m.b.v. het door hun geproduceerde Čerenkovlicht, b.v. in het ijs van Antarctica door AMANDA, of in het water van de Middellandse Zee door ANTARES.
[bewerk] Geschiedenis
De eerste waarnemingen van ioniserende straling in de atmosfeer werden gedaan door Theodor Wulf rond 1910, m.b.v. een door hemzelf ontworpen superieure elektroskoop. Wulf --een duitse pater jesuiet die destijds leraar was aan een college in Valkenburg (L.)-- ontdekte dat deze straling in de mergelgangen onder de grond niet aangetroffen werd, maar wel in het vrije veld en op de top van de Eiffeltoren. Tijdens een aantal gedurfde hoogtevaarten met een heteluchtballon in 1911-1912 toonde de jonge Oostenrijker Victor Franz Hess met behulp van een naar Wulf's ontwerp gebouwde elektroskoop aan, dat de straling boven ongeveer 5 km hoogte in intensiteit toenam. Daarmee was de buitenaardse oorsprong van de straling aannemelijk gemaakt. Vele jaren later (1936) ontving Hess voor deze ontdekking de Nobelprijs. In de tweede helft van de jaren 1930 ontdekte Pierre Auger het bestaan van extended air showers. Tussen 1930 en 1955 vormde de studie van de kosmische straling het belangrijkste middel tot de ontdekking van nieuwe subatomaire deeltjes.
[bewerk] Literatuur
Th. Wulf, Physikalische Zeitschrift X (1909), 152-157
V.F. Hess, Physikalische Zeitschrift XIII (1912), 1084-1091
P. Auger et al., Rev. Mod. Phys. 11 (1939), 288-291.
