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Dieses Buch bietet eine ausführliche Darstellung der Astroteilchenphysik und der kosmischen Strahlung mit den dazugehörigen Messmethoden in der Forschung. Nach einer historischen Einleitung werden zunächst die Astroteilchen selbst, deren typische Wechselwirkungen und die relevanten Messtechniken beschrieben. Ein großer Teil des Buches befasst sich mit der primären und sekundären kosmischen Strahlung. Die modernen Aspekte der Astroteilchenphysik werden in den Kapiteln über Kosmologie und das frühe Universum dargestellt. Gegenüber früheren Ausgaben werden die Effekte der Dunklen Materie und Dunklen Energie ausführlicher beschrieben. Aktuelle Resultate über Gravitationswellen und extrasolare Planeten runden das Buch ab.

 

 

 

 

Aus dem Inhalt:

1 Historische Einleitung 1 / 1.1 Entdeckung und Beginn der Untersuchung kosmischer Strahlung 2 / 1.2 Symbiose: kosmische Strahlung und Teilchenphysik 10 / 1.3 Beiträge der Elementarteilchenphysik 20 / 1.4 Renaissance der kosmischen Strahlung 22 / 1.5 Offene Fragen 23 / Zusammenfassung 25 // 2 Standardmodell der Elementarteilchen 27 / 2.1 Wechselwirkungen von Elementarteilchen 34 / 2.2 Quantenzahlen und Symmetrien 38 / 2.3 Vereinigte Theorie der Wechselwirkungen 41 / Zusammenfassung 43 // 3 Kinematik und Wirkungsquerschnitte 45 / 3.1 Beispiele für die Berechnung von Schwerpunktsenergien 48 / 3.2 Beispiele für die Behandlung von Zerfällen 55 / 3.3 Lorentz-Transformationen 59 / 3.4 Berechnung von Wirkungsquerschnitten 61 / Zusammenfassung 62 // 4 Physikalische Grundlagen der Messtechniken 63 / 4.1 Wechselwirkungsprozesse für den Teilchennachweis 65 / 4.2 Teilchenidentifikation 70 / 4.3 Grundlagen der atmosphärischen Cherenkov-Technik 71 / 4.4 Spezielle Aspekte des Photonnachweises 74 / 4.5 Kryogenische Nachweistechniken 76 / 4.6 Propagation und Wechselwirkungen von Astroteilchen im Kosmos 80 / 4.7 Charakteristische Grundzüge von Detektoren 83 / Zusammenfassung 83 // 5 Beschleunigungsmechanismen 85 / 5.1 Zyklotronmechanismen 85 / 5.2 Beschleunigung durch Sonnenfleckenpaare 87 / 5.3 Schockwellenbeschleunigung 88 / 5.4 Fermi-Mechanismus 92 / 5.5 Pulsare 93 / 5.6 Doppelsternsysteme 97 / 5.7 Verlauf der Energiespektren primärer Teilchen 101 / Zusammenfassung 102 // 6 Primäre kosmischen Strahlung 105 / 6.1 Geladene Komponente der primären kosmischen Strahlung 106 / 6.2 Natur und Ursprung der höchstenergetischen kosmischen Strahlung 116 / 6.3 Neutrinoastronomie 124 / 6.3.1 Atmosphärische Neutrinos 125 / 6.3.2 Solare Neutrinos 132 / 6.3.3 Supernovaneutrinos 140 / 6.3.4 Hochenergetische galaktische und extragalaktische Neutrinos 146 / 6.4 Gammaastronomie 155 / 6.4.1 Einleitung 155 / 6.4.2 Erzeugungsmechanismen für y -Strahlung 157 / 6.4.3 Nachweis von y -Strahlung 161 / 6.4.4 Beobachtung von y -Punktquellen 170 / 6.4.5 y -Burster 173 / 6.5 Röntgenastronomie 177 / 6.5.1 Einleitung 177 / 6.5.2 Erzeugungsmechanismen für Röntgenstrahlung 178 / 6.5.3 Nachweis von Röntgenstrahlung 179 / 6.5.4 Beobachtung von Röntgenquellen 182 / 6.6 Gravitationswellenastronomie 189 / Zusammenfassung 198 // 7 Sekundäre kosmische Strahlung 199 / 7.1 Propagation in der Atmosphäre 200 / 7.2 Strahlung auf Meereshöhe 208 / 7.3 Strahlung unter der Erde 213 / 7.4 Ausgedehnte Luftschauer 222 / 7.5 Radiomessung von Luftschauern 233 / Zusammenfassung 238 // 8 Kosmologie 239 / 8.1 Das Hubble-Gesetz 242 / 8.2 Das isotrope und homogene Universum 245 / 8.3 Die Friedmann-Gleichung 246 / 8.4 Die Strömungsgleichung 250 / 8.5 Die Beschleunigungsgleichung 251 / 8.6 Lösungen der Friedmann-Gleichung 252 / 8.7 Experimentelle Evidenz für die Vakuumenergie 254 / Zusammenfassung 259 // 9 Das frühe Universum 261 / 9.1 Die Planck-Skala 261 / 9.2 Thermodynamik des frühen Universums 263 / 9.3 Zustandsgleichung 265 / 9.4 Lösungen der Friedmann-Gleichung 267 / 9.5 Thermische Geschichte der ersten zehn Mikrosekunden 270 / 9.6 Die Baryonasymmetrie des Universums 272 / 9.6.1 Experimentelle Evidenz für die Baryonasymmetrie 272 / 9.6.2 Größe der Baryonasymmetrie 276 / 9.6.3 Die Sacharow-Kriterien 278 / Zusammenfassung 280 // 10 Die Urknallnukleosynthese 281 / 10.1 Einige Zutaten für die primordiale Nukleosynthese 282 / 10.2 Das Neutron-zu-Proton-Verhältnis 283 / 10.3 Synthese der leichten Elemente 285 / 10.4 Detaillierte Nukleosynthese 287 / 10.5 Bestimmung der Anzahl der Neutrinofamilien 291 / Zusammenfassung 293 // 11 Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung 295 / 11.1 Vorspiel: Übergang in ein materiedominiertes Universum 295 / 11.2 Entdeckung der Eigenschaften der Schwarzkörperstrahlung 297 / 11.3 Entstehung der Mikrowellenhintergrundstrahlung 300 / 11.4 Anisotropien der Hintergrundstrahlung 302 / 11.5 Das Monopol- und das Dipolmoment 303 / 11.6 Kleinwinkelanisotropie 304 / 11.7 Bestimmung der kosmologischen Parameter 306 / Zusammenfassung 310 // 12 Inflation 311 / 12.1 Das Horizontproblem 312 / 12.2 Das Flachheitsproblem 313 / 12.3 Das Monopolproblem 316 / 12.4 Wie die Inflation funktioniert 319 / 12.5 Mechanismen für die Inflation 321 / 12.6 Lösung des Flachheitsproblems 326 / 12.7 Lösung des Horizontproblems 327 / 12.8 Lösung des Monopolproblems 328 / 12.9 Inflation und Strukturbildung 329 / 12.10 Ausblick zur Inflation 331 / Zusammenfassung 333 // 13 Dunkle Energie und Dunkle Materie 335 / 13.1 Großräumige Struktur des Universums 335 / 13.2 Dunkle Energie 336 / 13.3 Dunkle Materie 340 / 13.3.1 Dunkle Sterne 343 / 13.3.2 Neutrinos als Dunkle Materie 349 / 13.3.3 Schwach wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) 351 / 13.3.4 Axionen 355 / 13.3.5 Die Rolle der Vakuumenergiedichte als Kandidat für Dunkle Materie 356 / 13.3.6 Galaxienbildung 357 / Zusammenfassung 359 // 14 Astrobiologie 361 / 14.1 Extrasolare Planeten 361 / 14.2 Extremophile 364 / 14.3 Fein abgestimmte Parameter des Lebens 366 / 14.4 Multiversen und anthropisches Prinzip 370 / Zusammenfassung 371 // 15 Ausblick 373 / Zusammenfassung 376 // Glossar 379 / Bildnachweis und Referenzen 405 / Weiterführende Literatur 415 / Register 419