Das CosMO-Experiment


      Das CosMO-Experiment (Cosmic Muon Observer) ermöglicht Schülern und Studenten die kosmische Teilchen eigenständig zu untersuchen. Das Experiment ist aus Komponenten, wie sie auch in einem Großexperiment genutzt werden, aufgebaut und gibt so einen direkten Einblick in die wissenschaftliche Arbeit der experimentellen Astroteilchenphysik.

      DESY am Standort Zeuthen hat innerhalb des Cosmic-Projekts vom Netzwerk Teilchenwelt das CosMO-Experiment entwickelt. In Anlehnung an das Szintillationszähler-Experiment von QuarkNet (Schülerprojekt am Fermilab, USA) ist so ein für Schüler selbstständig bedienbarer und aktueller wissenschaftlicher Versuch entstanden, wie er auch z.B. im Schulunterricht verwendet werden kann.

      Die wesentlichen Komponenten des Experimentes sind Szintillationszähler und eine Datenauslesekarte für die Datenerfassung. Die Daten werden zur Auswertung auf ein Netbook übertragen und können mit dem Messprogramm Muonic ausgewertet werden. Für Schüler in den USA gibt es eine Webseite zur Analyse der mit den QuarkNet-Detektoren gesammelten Daten. Diese kann auch zur Datenauswertung genutzt werden.

      DESY (und auch andere Institute im Netzwerk Teilchenwelt) stellt das CosMO-Experiment für Schülerprojekte zur Verfügung, sowohl am Institut als auch an anderen Lernorten.

       
      Versuchsaufbau

        Das Experiment besteht aus:

        • drei Detektoren, in denen sich je ein Szintillator mit Lichtleitern, Photomultiplier und Hochspannungsversorgung befinden

          • einer Datenauslesekarte (DAQ-Karte)

            • einem Netbook zur Steuerung der DAQ-Karte, zur Datenspeicherung und -auswertung

              • Messprogramm "Muonic"

                • optional: einem GPS-Gerät

                Weitere Informationen zum Versuchsaufbau und zur Durchführung der Messungen finden sich in der technischen Bedienungsanleitung zum CosMO-Experiment und der Anleitung zum Messprogramm "Muonic".

                 
                Detektor-Kalibrierung


                  Bevor mit den eigentlichen Messungen begonnen werden kann, müssen die Szintillationszähler kalibriert werden. Dazu wird für jeden Detektor die Teilchenrate in Abhängigkeit von der eingestellten Schwellspannung (Threshold) gemessen. Als Richtwert für die Rate kosmischer Teilchen auf Meeresniveau gilt 1 Teilchen pro cm2 und pro Minute. Aus diesem Wert kann die theoretisch maximal zu erwartende Rate entsprechend der Detektorgröße berechnet werden.

                   
                  Mögliche Aufgabenstellungen


                    Mit den Detektoren und der sehr variabel einsetzbaren DAQ-Karte lassen sich verschiedene interessante Experimente mit kosmischen Teilchen durchführen:

                    • Messung der Teilchenrate bei verschiedenen Abständen der Detektoren und bei verschiedenen Winkeln. Dabei können auch verschiedene Einstellungen für die Koinzidenzen der Detektoren gewählt werden.

                      • Messung von Teilchenschauern, wobei der horizontale Abstand der Detektoren variiert werden sollte.

                        • Messung der Geschwindigkeit mit der sich ein Myon bewegt.

                          • Messung der mittleren Lebensdauer des Myons. Dabei werden die Daten auf Ereignisse hin untersucht, bei denen innerhalb von 20 Mikrosekunden zwei Signale in einer Detektorplatte registriert wurden. Dabei stammt das erste Signal von einem Myon und das zweite vom Zerfallsteilchen, dem Elektron bzw. Positron. Die Darstellung der Anzahl dieser Ereignisse in Abhängigkeit von der Zeitdifferenz erlaubt die Bestimmung der Myon-Lebensdauer.


                          Informationen
                          application/pdf Technische Bedienungsanleitung CosMO-Experiment (850KB)
                          Netzwerk Teilchenwelt
                          application/pdf Anleitung Messprogramm Muonic (1.3 MB)
                          Netzwerk Teilchenwelt
                          application/pdf Datenauslese mit Hyperterminal (132KB)
                          DESY, Zeuthen
                          application/pdf Datenauslese mit LabView (22KB)
                          Erstellt von Praktikant während Praktikum am DESY, Zeuthen

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