Teilchen und Wellen im Erlangen Centre for Astroparticle Physics: Dosimetrie und Intensity Interferometry
Photonen erscheinen manchmal als Teilchen, manchmal als Wellen. Im Erlangen Centre for Astroparticle Physics nutzen wir die Teilcheneigenschaft aus, um Personendosen zu messen, indem wir Photonen aus dem Röntgen- und Gammabereich gemäß ihrer Energie zählen. Als Institut für Astroteilchenphysik wollen wir aber auch Photonen aus dem Weltall nutzen, indem wir versuchen, durch die Welleneigenschaften von Licht die Größe von Sternen zu bestimmen, die so klein erscheinen, dass kein Teleskop ihre eigentliche Größe erkennen kann.
Im ersten Teil dieses Vortrags werden Ihnen unsere gemeinsam mit der PTB gewonnenen Forschungsergebnisse zur Röntgen- und Gammadosimetrie mit Dosepix, dem einzigen spektroskopischen, photonenzählenden Pixeldetektor mit 16 Energiekanälen, näher gebracht. Diese neue Technologie für die Dosimetrie besticht mit der Fähigkeit sehr niedrige Dosisleistungen korrekt fassen zu können, gepaart mit einem enormen dynamischen Bereich hinsichtlich Dosisleistung bis hin zu 700 Sv/h, einer vernachlässigbaren Abhängigkeit von der Pulsdauer und einer sehr hohen systematischen Genauigkeit. Wir präsentieren Ergebnisse in kontinuierlichen als auch bei gepulsten Strahlungsfeldern an gängigen Röntgenröhren. Die Möglichkeiten zur Dosimetrie bei ultrakurzen Röntgenpulsen werden diskutiert.
Der zweite Teil dieses Vortrags befasst sich mit Sternenlicht und der Ausnutzung der Welleneigenschaften von Photonen. Die meisten Sterne sind so weit entfernt, dass in Teleskopbildern deren Größe nicht auflösbar ist. Sterne sind thermische Lichtquellen, die - wie aus der Quantenoptik bekannt - Photon-Bunching zeigen, was bedeutet, dass innerhalb der Kohärenzzeit die Wahrscheinlichkeit, zwei Photonen in zwei voneinander getrennten Photonendetektoren gleichzeitig zu detektieren, größer ist als außerhalb der Kohärenzzeit. Diesen Effekt kann man sich zunutze machen, um die Größe eines Sterns zu bestimmen, indem die Überhöhung der Wahrscheinlichkeit als Funktion des Abstands der beiden Detektoren gemessen wird. Aus einer solchen Messung lässt sich dann - wie von Hanbury-Brown und Twiss 1956 gezeigt wurde - die Größe eines Sterns ermitteln, obwohl die Größe des Sterns mit einem Teleskop nicht auflösbar wäre. Da diese Messung auf einer Korrelation der Photonendetektionszeitpunkte beruht, nennt man die Methode Intensity Interferometrie im Unterschied zur analogen Überlagerung der elektromagnetischen Felder. Im ECAP arbeiten wir an einem Konzept, solche Messungen in zukünftigen Cherenkov-Teleskop-Observatorien wie CTA möglich zu machen. In diesem Vortrag stellen wir Ihnen das Prinzip der Intensity Interferometry sowie den Stand unserer Experimente vor.