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Inhalt
Das Gebiet der Astroteilchenphysik beschäftigt sich mit aus dem Kosmos kommenden Elementarteilchen. Sowohl geladene Kerne, als auch Hochenergie-Photonen, Elektronen und Neutrinos werden in verschiedenen astrophysikalischen Quellen produziert. In dieser Vorlesung wird ausgearbeitet, welche astrophysikalischen Objekte zur Produktion dieser sogenannten Kosmischen Strahlung geeignet sind, und es wird besprochen, wie diese detektiert werden kann. Im Rahmen der Vorlesung werden Sie Ihre eigene Heimat, die Milchstraße, sowie fremde Galaxien im Licht der kosmischen Strahlung kennenlernen.
Astroteilchen-Bild: Das IceCube Labor am geographischen Südpol, mit einer Aurora im Hintergrund. IceCube misst hochenergetische Neutrinos, die mit dem antarktischen Eis wechselwirken. Die Aurora wird von relativistischen Elektronen aus erzeugt, die die Moleküle in der Atmosphäre zum Leuchten anregen.
Aufnahme: Jens Dreyer - Der RUB-Physiker hat ein Jahr am geographischen Südpol verbracht und war in der Zeit für das IceCube Experiment verantwortlich. In seiner Freizeit photographierte er u.a. Aurorae.
Übungsaufgaben
Hinweis: Die Webseite erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sollte ein Zettel hier nicht zeitgleich mit der Übungsgruppe verteilt werden, wird auf die Ausgabe in den Übungen verwiesen.
| # | Titel | Ausgabe | Abgabe | Download |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Spezielle Relativitätstheorie | 16.10.2012 | 30.10.2012 | Link |
| 2 | Beschleunigung | 30.10.2012 | 13.11.2012 | Link |
| 3 | Propagation | 13.11.2012 | 27.11.2012 | Link |
| 4 | Schwarze Löcher | 27.11.2012 | 11.12.2012 | Link |
| 5 | Strahlungsprozesse | 11.12.2012 | 08.01.2013 | Link |
| 6 | Hadronische Prozesse | 08.01.2013 | 22.01.2013 | Link |
Vorlesungsübersicht
Hinweis: Die handschriftliche Vorlesungsmitschrift wird nach der Vorlesung hier zur Verfügung gestellt. Auch hier besteht kein Anspruch auf Vollständigkeit. Das Passwort erfahren Sie in der Vorlesung.
Teil I: Motivation
Vorlesung 1 (09. Oktober 2012) - Übersicht: Link
- Das Energiespektrum der kosmischen Strahlung
- Theoretische Argumente für mögliche Quellen
- Mögliche astrophysikalische Quellen
Vorlesung 2 (16. Oktober 2012) - Motivation: Link
- Leuchtkraft der kosmischen Strahlung
- Zusammenhang Kosmische Strahlung - Elektronen - Synchrotronstrahlung
- Vergleich mit astrophysikalischen Quellen
Teil II: Spezielle Relativitätstheorie
Vorlesung 3 (19. Oktober 2012) - Spezielle Relativitätstheorie (1): Link
- Maximalenergie
- Minkowski Metrik
- Lichtkegel
Vorlesung 4 (23. Oktober 2012) - Spezielle Relativitätstheorie (2): Link
- Lorentztransformation
- Viererimpuls
Teil III: Beschleunigung der Kosmischen Strahlung
Vorlesung 5 (30. Oktober 2012) - Beschleunigung (1): Link
- Konzept der stochastischen Beschleunigung
- Fermi-Beschleunigung 2. Ordnung (magnetische Wolken)
Vorlesung 6 (30. Oktober 2012) - Beschleunigung (2): Link
- Fermi-Beschleunigung 1. Ordnung
Vorlesung 7 (6. November 2012) - Beschleunigung (3): Link
- Rankine-Hugoniot Schockbedingungen
- Schockbeschleunigung in starken Schocks
Vorlesung 8 (9. November 2012) - Beschleunigung & Statistik: Link
- Maximalenergie Supernova-Reste
- Boltzmanngleichung und Verteilungsfunktionen
- Kontinuitätsgleichung
Teil IV: Propagation Kosmischer Strahlung
Vorlesung 9 (13. November 2012) - Transportgleichung: Link
- Transportgleichung
- Berücksichtigung von Spallation im endlichen Volumen
- Transport in endlichem Volumen (Leaky Box)
Vorlesung 10 (16. November 2012) - Transport & Anisotropie: Link
- Diffusion im unendlichen Volumen: Wärmeleitungsgleichung und statistischer Ansatz
- Anisotropie
Teil V: Schwarze Löcher
Vorlesung 11 (20. November 2012) - Jets in AGN (1): Link
- AGN
- Vektoren & Dual-Vektoren
- Metrik
Vorlesung 12 (23. November 2012) - Krümmung: Link
- Übergang zur ART
- Krümmungsgrößen
Vorlesung 13 (27. November 2012) - Kerrgeometrie: Link
- Schwarzschild Lösung
- Newman-Janis Algorithmus
- Kerr-Lösung
Vorlesung 14 (30. November 2012) - Jets in AGN(2): Link
- Diskussion der Kerr-Lösung
- Ergosphäre
- Blandford-Znajek-Prozess
Teil VI: Energieverluste Kosmischer Strahlung
Vorlesung 15 (4. Dezember 2012) - Energieverluste(1): Link
- Verlustprozesse
- Synchrotronstrahlung
Vorlesung 16 (7. Dezember 2012) - Energieverluste(2): Link
- Synchrotronstrahlung
- Frequenzspektrum der Synchrotronstrahlung
Vorlesung 17 (11. Dezember 2012) - Energieverluste(3): Link
- Synchrotronstrahlung
- Inverse Compton
Vorlesung 18 (14. Dezember 2012) - Hadronische Prozesse (1): Link
- Proton-Proton Wechselwirkung
- Pionenzerfall
- Neutrinos
Vorlesung 19 (18. Dezember 2012) - Weihnachtsvorlesung
Vorlesung 20 (8. Januar 2013) - Hadronische Prozesse (2): Link
- Pionenzerfall
- Neutrinos
Vorlesung 21 (11. Januar 2013) - Hadronische Prozesse(3): Link
- Proton-Proton Wechselwirkung
Vorlesung 22 (19. Januar 2013) - Hadronische Prozesse(4): Link
- Proton-Photon Wechselwirkung
- Optische Tiefe
Vorlesung 23 (22. Januar 2013) - Hadronische Prozesse(5): Link
- Photon-Meson Wechselwirkung
- Ionisierung durch Kosmische Strahlung
Vorlesung 24 (25. Januar 2013) - Energieverluste(4): Link
- Ionisation
- Mögliche Quellen der kosmischen Strahlung
Vorlesung 25 (29. Januar 2013) - Extra Galaktische Quellen(1): Link
- Star Bursts
- AGN
Vorlesung 26 (29. Januar 2013) - Extra Galaktische Quellen(2): Link
- Gamma-Ray Bursts
Literatur
- Cosmic Rays and Particle Physics; Autor: Tom Gaisser, als LL in der Bibliothek vorhanden
- High Energy Cosmic Rays; Autor: Todor Stanev, als LL in der Bibliothek vorhanden
- Very High Energy Cosmic Gamma Radiation; Autor: Felix Aharonian; Verlag: World Scientific
- Radiative Processes in Astrophysics; Autoren: Rybicki und Lightman
- Cosmic Ray Astrophysics; Autor: Reinhard Schlickeiser