Die Erforschung der kosmischen Strahlung, ein zentrales Thema der modernen Physik, hat einen bahnbrechenden Fortschritt erlebt. Dr. Jonas Glombitza vom Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) nutzt Künstliche Intelligenz (KI), um Daten zur kosmischen Strahlung zu analysieren. Diese Phase der Forschung startete 2017 an der RWTH Aachen und führte 2025 zur Verleihung des ETI-Awards, einer Talentförderung der Universität, an Glombitza. In seiner Arbeit zeigt sich, dass die energiereichsten Teilchen, die die Erde erreichen, meist schwerere Kerne wie Stickstoff- oder Eisenatome sind, während Protonen weniger häufig vorkommen. Dies widerspricht bisherigen Annahmen zur Natur der kosmischen Strahlung.
Die KI-gestützte Analyse ist eine innovative Anwendung des maschinellen Lernens in der Astroteilchenphysik und ermöglicht die Auswertung von 60.000 Teilchenschauern. Ohne die Unterstützung von KI hätte diese Aufgabe schätzungsweise 150 Jahre Teleskopbeobachtungen in Anspruch genommen. Die Analyse nutzt Daten des Pierre-Auger-Obervatoriums in Argentinien, das mit 3.000 km² die größte Anlage zur Erforschung der kosmischen Strahlung darstellt. Sie umfasst 27 Teleskope und 1.660 Oberflächendetektoren, die Fluoreszenzlicht von Teilchenschauern messen, die beim Eintritt hochenergetischer Teilchen in die Erdatmosphäre entstehen.
Die Herausforderungen der Beobachtung
Ein zentrales Anliegen der Forschung ist die Herkunft und Ausbreitung dieser hochenergetischen Teilchen. Diese Teilchen treten äußerst selten auf, nur etwa ein Teilchen pro Quadratkilometer und Jahrhundert trifft auf die Erde. Das Pierre-Auger-Obervatorium ist dabei ein Schlüsselakteur, da die Messungen durch verschiedene Techniken und eine große Anzahl an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unterstützt werden. Mehr als 250 Forscherinnen und Forscher der Pierre Auger-Kollaboration aus 17 Ländern arbeiten gemeinsam an Lösungen.
Die Teleskope am Observatorium benötigen klare, mondlose Nächte, was die verfügbare Datenmenge einschränkt. Um diese Herausforderung zu bewältigen, wird das AugerPrime-Detektor-Upgrade eingesetzt. Es umfasst optische Fluoreszenz-Teleskope und Radioantennen, um die Detektion der hochenergetischen Teilchen weiter zu verbessern.
Die Bedeutung der kosmischen Strahlung
Kosmische Strahlung bezieht sich auf hochenergetische Teilchenstrahlung, die nicht nur von der Sonne, sondern auch aus der Milchstraße und fernen Galaxien stammt. Auf die äußere Erdatmosphäre treffen etwa 1000 Teilchen pro Quadratmeter und Sekunde, was bedeutende Implikationen für unsere Umwelt und das Verständnis des Universums hat. Jeder Primärteilchen-Ereignis erzeugt einen Teilchenschauer mit bis zu 1011 Sekundärteilchen, jedoch erreicht nur ein geringer Teil davon die Erdoberfläche.
Aktuelle Forschung zu kosmischer Strahlung ist nicht nur wissenschaftlich faszinierend, sondern hat auch praktische Folgen, etwa für die Strahlenexposition von Flugpersonal. Die Internationale Kommission für Strahlenschutz (ICRP) hat Dosisgrenzwerte empfohlen, um die Sicherheit in der Luftfahrt zu erhöhen.
Zusammengefasst zeigt die innovative Nutzung von Künstlicher Intelligenz in der Astroteilchenphysik das große Potenzial moderner Technologien zur Lösung grundlegender Fragen der Physik. Die Entwicklungen am Pierre-Auger-Obervatorium sind dabei von entscheidender Bedeutung, um die Geheimnisse der Quellen und der Energieverteilung kosmischer Strahlung zu entschlüsseln, die weiterhin ein faszinierendes Rätsel für Wissenschaftler darstellen.
Weitere Informationen zu den laufenden Forschungen und Technologien finden Sie auf den Webseiten des Erlangen Centre for Astroparticle Physics und des Pierre-Auger-Observatoriums sowie umfassende Hintergründe zur Thematik der kosmischen Strahlung.