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Institut für Kernphysik (IKP)
Campus Nord

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Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Kernphysik (IKP)
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Tunka-Rex - die Radioerweiterung des Tunka-Experiments

Tunka-Rex (für Tunka Radio Extension) ist ein Messfeld aus derzeit 63 Radioantennen-Stationen auf der etwa 1km² großen Fläche des Tunka-133-Experiments im Tunka-Tal in Sibirien. Während Tunka-133 das Cherenkovlicht misst, das von, durch kosmische Strahlung ausgelösten, Luftschauern abgestrahlt wird, misst Tunka-Rex die Radioemission der gleichen Luftschauer. Der Energiebereich der Messungen reicht dabei bis über 1 EeV hinaus. Tunka-Rex hat seinen Betrieb erfolgreich am 8. Oktober 2012 mit zunächst 18 Antennen aufgenommen, wurde 2013 auf 25, 2014 auf 44 Antennen und 2016 auf insgesamt 63 Antennen verdichtet. Tunka-Rex stellt weltweit eine einzigartige Gelegenheit dar, um in Hybridmessungen die Radio- und die Cherenkovlichttechnik für Luftschauer zu vergleichen.

Die ursprünglichen Ziele von Tunka-Rex wurden bereits erreicht:

  • Eine Kreuzkalibration des Radio- und des Cherenkovlicht-Signals der gleichen Luftschauer. Auf diese Weise soll die  Präzision der Radiomessungen für die Energie und Massenzusammensetzung der kosmischen Strahlung untersucht werden: Mit einer ersten Analyse konnte bereits eine Präzision für die Energie von 15 % (mit 20 % absoluter Skalenunsicherheit), und eine Präzision für die Position des Schauermaximums von 40 g/cm² erreicht werden. Die Präzision wurde inzwischen durch eine verbesserte Technik der Datenanalyse auf etwa 30 g/cm² verbessert werden. Die Radiomessungen sind also in etwa so genau wie die traditionellen Cherenkovlicht-Messungen.
  • Praxistest, dass Radioantennen eine kostengünstige Methode für große Detektorfelder zur Messung hochenergetischer kosmischer Strahlung bieten: Trotz anfänglicher Zweifel konnte gezeigt werden, dass die kostengünstige SALLA-Antenna am Holzpfahl vollkommen ausreicht, um die oben genannte Genauigkeit zu erzielen.
  • Erhöhung der Tunka-Messzeit um eine Größenordnung, da Radiomessungen bei praktisch allen Wetter- und Lichtbedinungen möglich sein, Cherenkovlichtmessungen aber nur in dunklen, mondlosen Nächten: Seit Ende 2015 misst Tunka-Rex auch tagsüber. Dazu werden die Radioantennen von Tunka-Grande, der neuen Erweiterung aus Szintillationsdetektoren getriggert, die Sekundärteilchen der Luftschauer messen.

 

Aktuelle Ziele von Tunka-Rex:

  • Die hohe Mess-Statistik, die durch die Kombination von Tunka-Rex mit den Teilchendetektoren von Tunka-Grande möglich geworden ist, soll zur Analyse der Massenzusammensetzung der kosmischen Strahlung bei Energien oberhalb von 0,1 EeV verwendet werden. Dies ist notwendig, um den Übergang zwischen der höchstenergetischen, galaktischen Strahlung und der ultra-hoch-energetischen extragalaktischen kosmischen Strahlung zu verstehen.
  • Entsprechend der Vorreiterrolle bei der Entwicklung der Radiotechnik für Luftschauer sollen neue Analysetechniken erprobt werden, etwa zur genauen Ermittlung des Flusses der kosmischen Strahlung und der Messung des Energiespektrums.

 

Tunka-Rex-Antenne im Winter; weitere Tunka-Detektoren im Hintergrund: PMT, lokale Datenerfassung (weißer Kasten) und Szinitllationsdetektoren.