CAST

Das CERN Axion Solar Telescope (CAST) ist ein Experiment zur Suche nach hypothetischen Teilchen, den so genannten "Axionen". In Gegenwart eines Magnetfeldes würde sich das Axion mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit in ein Photon umwandeln und umgekehrt. Es ist daher zu erwarten, dass Axionen im Kern der Sonne erzeugt werden und auf der Erde durch Umwandlung in Photonen mit Hilfe eines starken Magnetfeldes nachweisbar sind.

Ein zehn Meter langer Magnet mit einer Magnetfeldstärke von 9 T und einer 14 cm² großen Öffnung folgt der Richtung der Sonne. Die größten Herausforderungen bei einem solchen Experiment sind die kleinen Amplituden des erwarteten Signals und die Unterdrückung des Hintergrunds, der durch andere "normale" Prozesse wie Radioaktivität und kosmische Strahlung verursacht wird. Durch die Einführung eines Fokussierspiegelteleskops und eines pnCCD in seiner Fokussierebene konnte die empfindliche Detektorfläche und damit der Hintergrund um den Faktor 200 reduziert werden. Darüber hinaus ermöglichte die hervorragende spektrale Auflösung des pnCCD die Identifizierung und Unterdrückung einzelner radioaktiver Hintergrundlinien.

Das Experiment hat Obergrenzen für die Axion-Photonen-Umwandlungswahrscheinlichkeit geliefert, die um den Faktor 10.000 niedriger sind als bei früheren Experimenten, und es ist das erste Mal, dass die Grenze niedriger ist als die, die indirekt aus astrophysikalischen Überlegungen abgeleitet wurde. Um die Empfindlichkeit des Axion-Massenbereichs auf höhere Werte zu erweitern, werden Messungen in einer Atmosphäre aus 4He und 3He durchgeführt. Daher soll das Experiment mindestens bis 2008 oder später durchgeführt werden.

Referenzen:

L. Strueder, et al.,“The European Photon Imaging Camera on XMM-Newton: The pn-ccd camera,” Astron. Astrophys. 365,pp. L18–L26, Jan. 2001.

G. Lutz, et al., “An application of space technology to the terrestrial search for axions: The X-ray mirrortelescope at CAST,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 518, pp. 201–206, Feb. 2004.