Forschung früher und heute

Victor Franz Hess erforschte 1912 die ionisierende Strahlung in der Erdatmosphäre. Allgemein führte man diese auf die natürliche Radioaktivität der Erdkruste zurück und vermutete eine Abnahme mit der Höhe. Diese Vermutung konnte Hess nicht bestätigen. Bei einer Fahrt von Usti nad Labem in Tschechien erreichte er mit einem Wasserstoffballon über Brandenburg eine Höhe von 5500 Metern und konnte dabei eindeutig zeigen, dass die Intensität mit der Höhe zunahm. Dies ließ nur den Schluss einer extraterrestrischen Strahlung zu und so hatte Hess die kosmische Strahlung entdeckt. Dafür erhielt er 1936 den Physik-Nobelpreis.

Bis in die 50er Jahre spielten die aus dem Kosmos ständig auf uns einfallenden Teilchen eine führende Rolle bei der Erforschung der Elementarteilchen. Viele neue Teilchen wurden in der kosmischen Strahlung entdeckt und untersucht. Mit dem technologischen Fortschritt im Bau von Teilchen-Beschleunigern wurde es möglich, Elementarteilchen mit definierten Energien zu erzeugen und ihre Wechselwirkungsprozesse in Experimenten mit großer Statistik zu untersuchen. Die Eigenschaften von Teilchen ließen sich so wesentlich genauer untersuchen und man musste nicht mehr auf das zufällige Eintreffen von Teilchen aus dem Kosmos warten. Neue Teilchen, ihre Wechselwirkungen und Zerfallseigenschaften wurden so nach und nach entdeckt.

Am Large Hadron Collider LHC am CERN haben Teilchenphysiker:innen mit der Entdeckung des Higgs-Bosons im Juli 2012 einen großen Durchbruch gefeiert. Für die theoretischen Überlegungen und Berechnungen, die die Existenz dieses Teilchens vorausgesagt haben, erhielten der Belgier François Englert und der Brite Peter Higgs im Jahr 2013 den Physik-Nobelpreis.

Das neu gewonnene Wissen aus den Beschleunigerexperimenten hilft auch die kosmische Strahlung besser zu verstehen. Wesentliche Impulse lieferten auch die experimentellen Methoden zum Nachweis der Teilchen sowie die Registrierung, Speicherung und Analyse großer Datenmengen.
Heute möchten Forschende herausfinden, von welchen Quellen die kosmischen Teilchen erzeugt werden und welche Beschleunigungsmechanismen den Teilchen zu derart hohen Energien verhelfen. Um Antworten auf die offenen Fragen zu erhalten, bauen Astroteilchenphysiker:innen weltweit immer größere und sensitivere Experimente. Deutsche Forschungsgruppen sind in internationaler Zusammenarbeit mit Gruppen aus Europa, Amerika und Asien an den Experimenten Auger, IceCube und IceTop, LIGO, VERITAS, MAGIC, H.E.S.S. und CTA sowie Fermi beteiligt. Abgesehen von dem Auger- und dem LIGO-Experiment engagiert sich DESY in allen Projekten.