Greisen-Zatsepin-Kuzmin Beschränkung

GZK-Cutoff ist die nach den Physikern Kenneth Greisen ^[1], Georgiy Zatsepin und Vadim Kuzmin^[2] benannte Obergrenze (engl. cutoff) für die Energie kosmischer Strahlung weitentfernter Quellen. Diese Grenze wurde von ihnen im Jahre 1966 errechnet.

Teilchen, hauptsächlich Protonen (p), oberhalb dieser Energiegrenze können sich im Mittel nur etwa 50 Mpc (163 Mio. Lichtjahre) durch das All bewegen, bevor sie mit den Photonen (γ) der kosmischen Hintergrundstrahlung über

$\gamma+p\rightarrow\Delta^+\rightarrow p + \pi^0$

oder

$\gamma+p\rightarrow\Delta^+\rightarrow n + \pi^+$

wechselwirken. Dabei entsteht eine Delta-Resonanz (Δ ⁺ ), die wiederum in ein Proton oder Neutron sowie ein geladenes (π ⁺ ) oder neutrales (π⁰) Pion zerfällt. Das ursprüngliche Proton verliert somit ca. 20% seiner Energie. Die Schwelle für obige Reaktionen ist 6×10¹⁹ eV. Liegt die Energie des entstehenden Protons immer noch über dieser Schwelle, so kann die Reaktion erneut stattfinden. Das heißt jedoch nicht, dass diese Energie in der kosmischen Strahlung nicht übertroffen wird, lediglich dass Teilchen oberhalb dieser Energie von Quellen in unserer näheren Umgebung stammen müssen, da sie noch nicht genug Raum durchflogen haben, um obige Reaktion durchzuführen. Man spricht deshalb auch von GZK-Unterdrückung.

Die experimentellen Resultate bezüglich der höchstenergetischen kosmischen Strahlung erschienen zunächst widersprüchlich. Während das AGASA-Experiment der Universität Tokio Teilchen oberhalb der GZK-Energie registriert haben will^[3], sind die Daten der HiRes-Kollaboration mit dem GZK-Cutoff verträglich^[4]. Das Auger-Experiment hat jedoch inzwischen die HiRes-Ergebnisse bestätigt, wonach bei hohen Energien eine Unterdrückung des Flusses zu erkennen ist.^[5]

Quellenangaben

1. ↑ Kenneth Greisen: End to the Cosmic-Ray Spectrum?. In: Physical Review Letters. 16, Nr. 17, 1966, S. 748–750. doi:10.1103/PhysRevLett.16.748
2. ↑ G. T. Zatsepin, Kuz'min, V. A.: Upper Limit of the Spectrum of Cosmic Rays. In: Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. 4, 1966, S. 78–80
3. ↑ M. Takeda et al.: Energy determination in the Akeno Giant Air Shower Array experiment Astropart.Phys. 19 (2003) 447–462, arXiv:astro-ph/0209422v3 (pdf-Datei)
4. ↑ HiRes Collaboration: First Observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Suppression Phys. Rev. Lett. 100, 101101 (2008), arXiv:astro-ph/0703099v2 (pdf-Datei)
5. ↑ The Pierre Auger Collaboration: Observation of the suppression of the flux of cosmic rays above 4x10^19eV accepted for publication in Physical Review Letters, arXiv:0806.4302v1 [astro-ph] (pdf-Datei)

Weblinks

• AGASA-Experiment
• HiRes-Kollaboration
• AUGER-Experiment