Teilchenphysik (kosmische)

Kosmische Teilchenphysik bezeichnet das Forschungsgebiet, das die physikalischen Grundbausteine und Wechselwirkungen im Universum auf subatomarer Ebene untersucht. Es verbindet die Hochenergiephysik mit der Astrophysik und Kosmologie, um Prozesse zu verstehen, die weder im Labormaßstab noch allein mit astronomischen Beobachtungen zugänglich sind.

Zu den zentralen Themen gehören kosmische Strahlung - hochenergetische Teilchen, hauptsächlich Protonen und schwerere Atomkerne, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch das Universum rasen und kontinuierlich auf die Erdatmosphäre treffen. Die energiereichsten dieser Teilchen übertreffen die Energie, die irdische Beschleuniger wie der LHC erzeugen können, um das Millionenfache. Ihre Herkunft ist noch nicht vollständig geklärt; als Quellen gelten unter anderem aktive Galaxienkerne und Supernovaüberreste.

Kosmische Neutrinos bilden eine weitere Schlüsselklasse: Nahezu masselose, nur schwach wechselwirkende Teilchen, die Sterne, Galaxien und sogar die gesamte Erde ungehindert durchdringen. Neutrinos aus der Sonne und aus der Supernova 1987A wurden bereits nachgewiesen. Das IceCube-Observatorium am Südpol detektiert hochenergetische kosmische Neutrinos mit einem Kilometer Eis als Detektor. Dunkle Materie, die rund 27 Prozent des Energie-Masse-Inhalts des Universums ausmacht, ist ebenfalls Gegenstand der kosmischen Teilchenphysik, ihr Teilchennatur aber noch unbekannt.