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Glossar
S
SiPM
Die Abkürzung SiPM steht für Silicium-Photomultiplier. Es handelt sich dabei um ein elektronisches Bauteil, mit dem Photonen (Lichtteilchen) nachgewiesen werden können. Das Signal, welches ein SiPM ausgibt, ist porportional zu der Summe aller detektierten Photonen. Das Besondere ist, dass das Bauteil aus mehreren Pixeln zusammengesetzt ist. Die Pixel selbst sind sogenannte Avalanche Photodioden. Sie sind in der Lage einzelne Photonen zu detektieren und diese in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Schließt man nun mehrere solcher Pixel in einem Bauteil zusammen - wie in einem SiPM, bietet das einige Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen PMTs, welche ebenfalls zum Nachweis von Photonen verwendet werden können. Mit ihnen wird eine sehr kompakte Bauweise des Detektors ermöglicht. Die CosMO-Detektoren beispielsweise verwenden SiPMs mit einer Detektionsfläche von lediglich 3x3 mm2. Desweiteren ist nur eine geringe Spannung für den Betrieb notwendig, z.B. wird bei den CosMOs lediglich eine Betriebspannung von 70 V benötigt. Im Vergleich dazu verwendet man bei einem durchschnittlichen Photomultiplier etwa 800-1800 V. Nachteilig ist die Rauschanfälligkeit der SiPMs. So reagieren sie empfindlich auf Temperaturveränderungen. Infolgedessen ist das Ausgangssignal damit nicht ausschließlich von der Menge des einfallenden Lichts abhängig, sondern auch von der Temperatur. Deshalb sollte bei Langzeitmessungen über viele Stunden darauf geachtet werden, dass die Umgebungstemperatur nur um wenige Grad schwankt.
Der in den CosMO-Detektoren verwendete SiPM wird vom Hersteller Hamamatsu auch MPPC (Multi-Pixel Photon Counter) genannt.
Sinus- und Cosinus-Funktionen
Die Winkelfunktionen Sinus und Cosinus sowie deren Quadrate beschreiben vor allem periodische Vorgänge oder die Abhängigkeit einer physikalischen Größe vom Winkel. Die allgemeine Form der Sinusfunktion lautet:
- Streckung/ Stauchung in y-Richtung
- Streckung/ Stauchung in x-Richtung. Der Parameter kann aus der kleinsten Periode bestimmt werden:
- Verschiebung in x-Richtung. Bei einer Verschiebung in positive x-Richtung ist c negativ, bei einer Verschiebung in negative Richtung ist c positiv.
- Verschiebung in y-Richtung.
Beispielsweise kann mit der Cosinus2-Funktion die Zenitwinkelabhängigkeit des Myonflusses bei der CosMO-Mühle beschrieben werden. Man kann bei Cosmic@Web in dem entsprechenden Diagramm direkt eine Fitfunktion einfügen. Die Schreibweise im Online-Analysetool lautet folgendermaßen: p[0]+p[1]*cos(p[2]*x/180*pi)**2
Dabei steht **2 für die Potenz. Also wird beispielsweise x2 als x**2 dargestellt.
Die Parameter p[0], p[1] und p[2] stehen für folgende Eigenschaften:
p[0] - Minimum der Verteilung
p[1] - Spitze-Tal-Wert
p[2] - Phase
Die nebenstehende Grafik zeigt, wie man die Parameter richtig abliest:
Szintillator
Das Wort „Szintillation“ kommt vom lateinischen „scintillare“ und bedeutet „funkeln“ oder „flackern“. Ein Szintillator ist also derjenige Bestandteil eines Detektors, der aufflackert, sobald ein kosmisches Teilchen ihn durchdringt.
In den Experimenten bei Cosmic@Web werden sogenannte organische Szintillatoren eingesetzt. Das Material, aus dem sie bestehen, wechselwirkt mit geladenen Teilchen. Dabei werden die Atome des Szintillatormaterials durch Teilchenstöße angeregt. Nach sehr kurzer Zeit wird dann beim Übergang vom angeregten Zustand zurück in den Grundzustand die überschüssige Energie in Form von UV-Licht wieder abgegeben. Dieses Licht wird von einem Photosensor (z.B. einer PMT oder einem SiPM) detektiert, welcher entweder direkt oder über WLS-Fasern an den Szintillator angeschlossen ist. Vom Photosensor wird das Licht dann in ein auswertbares, elektrisches Signal umgewandelt.
