SEVAN-Projekt

Das Space Environment Viewing and Analysis Network (SEVAN) wurde vom A. Alikhanyan National Lab in der armenischen Hauptstadt Jerewan entwickelt, um verschiedene Arten kosmischer Teilchen gleichzeitig zu messen. Dadurch ist es möglich, kosmische Wettereffekte, die durch eine erhöhte Sonnenaktivität hervorgerufen werden, aber auch die Auswirkungen von Sonnenwinden auf den Fluss kosmischer Teilchen zu untersuchen.

Zu dem Netzwerk gehören Detektormodule in Armenien, Kroatien, Bulgarien, der Slowakei, Tschechien und Indien. In einem ersten Schritt wurden Daten des Detektors auf dem Aragaz (in 3200 m Höhe) in Armenien für die Analyse über Cosmic@Web zur Verfügung gestellt und im Weiteren um Daten des Detektors auf dem bulgarischen Berg Musala (2925 m Höhe) erweitert.

Jugendliche können mithilfe dieser Daten den Fluss von Myonen, Elektronen, Neutronen und Gammastrahlung vergleichen und ihr Langzeitverhalten sowie den Einfluss von Luftdruck und Temperatur untersuchen. Von besonderem Interesse sind das kosmische Wetter und andere Effekte, die mit der Aktivität der Sonne verbunden sind.

Wie in der schematischen Darstellung zu sehen ist, sind die aktiven Komponenten des SEVAN Detektors drei Plastikszintillationszähler. Die Photomultiplier (PMTs) sind nicht direkt mit den Szintillatorplatten verbunden. In diesem Versuchsaufbau breitet sich das Szintillationslicht in der Luft innerhalb eines lichtdichten Kegels aus.

Zwischen den äußere Plastikszintillatoren in einer Größe von 100x100x5 cm³ befinden sich zwei 4,5 cm dicke Bleiabsorber und ein 50x50x20cm³ großer Stapel mit weiteren Szintillatoren.

Die elektronische Datenerfassung (DAQ) ermöglicht die Erkennung und Aufzeichnung aller logischen Kombinationen von Detektorsignalen, die in weiteren Analysen ausgewertet werden können. Myonen erzeugen ein Signal, das entweder alle drei Szintillatorschichten oder nur die obere und untere Platte im äußeren Bereich durchdringt. Neutrale Teilchen wie Gammas und Neutronen können nur in der mittleren 20 cm dicken Szintillatorschicht geladene Teilchen erzeugen, wordurch wiederum Szintillationslicht entsteht. Niederenergetische Elektronen und Gammas können ausschließlich im oberen Szintillator ein Signal erzeugen. Ihre Zerfallsprodukte werden in der Bleischicht absorbiert. Schräg einfallende Teilchen, die am oberen Szintillator vorbeifliegen und nur den unteren treffen, können nicht genauer bestimmt werden. Dabei kann es sich sowohl um geladene als auch um neutrale Teilchen handeln.

Die auf Cosmic@Web verfügbaren Datensätze enthalten: Zeit, Jahr/Monat/Tag/Stunde, Teilchenraten für 8 verschiedene trigger-Bedingungen, Luftdruck und Temperatur. Weitere Informationen findest du in der Datensatzbeschreibung.

Mit diesem Experiment sind folgende Analysen möglich:
 

• Bestimmung der Teilchenraten für alle 8 Trigger-Bedingungen in Abhängigkeit von der Zeit und Vergleich der Ergebnisse
• Untersuchung der Abhängigkeit der Teilchenraten von Luftdruck und Temperatur
• Vergleich der Ergebnisse verschiedener Jahre
• Suche nach starken Sonneneruptionen, die sogenannte Ground Level Enhancements (GLEs) verursachen und für wenige Stunden zu einer erhöhten Teilchenrate führen
• Suche nach Forbush Decreases, bei denen starke Sonnenwinde für eine geringere Teilchenrate sorgen

Für die letzten beiden Vorschläge ist eine Luftdruckkorrektur der Teilchenrate erforderlich. Vergleichsdaten zu GLE- und Forbush-Ereignissen finden sich im Internet.

Auf der Plattform Cosmic@Web finden sich unter der Session-ID SEVAN-Aragats einige Beispieldiagramme.

In diesem xy-Diagramm wird die Myonraten zwischen Juli 2012 und Mai 2019 dargestellt. Farbig gekennzeichnet wird der zum Messzeitpunkt herrschende Luftdruck.
Als Myonsignal wird ein Signal gewertet, das entweder in allen drei Szintillatorschichten oder nur in der oberen und unteren Platte im äußeren Bereich gemessen wurde. Die genauen Einstellungen sind auf der Session-ID SEVAN-Aragats zu finden.
 

• Was ist auffällig an der Messwerteverteilung? Was lässt sich daraus schlussfolgern und wie lautet die physikalische Erklärung dafür?

In diesem xy-Diagramm werden die Raten verschiedener Teilchen im zeitlichen Verlauf mehrerer Jahre (2012-2019) abgebildet. Blau gekennzeichnet ist die Rate niederenergetischer Teilchen, grün die Myonrate und rot die Rate hochenergetischer Elektronen oder Positronen.
Die genauen Einstellungen sind auf der Session-ID SEVAN-Aragats zu finden.
 

• Was zeigt uns diese Verteilung? Wie kann man das erklären?