Myonen im Dunkelbild (4) – Fazit

Die Ausgangsfrage war, ob eine Astrokamera im Wohnzimmer kosmische Strahlung nachweisen kann. Die kurze Antwort: zählen ja, sauber trennen kaum.

Warum das ambitioniert ist

Myonen sind hier in der Minderheit. Der weitaus größere Teil dessen, was der Sensor sieht, kommt aus den Wänden, Boden und Decke, und aus der Zimmerluft. Und das Blöde ist: Ein Elektron aus dem Mauerwerk sieht im Bild genauso aus wie ein Myon. Unterscheiden lassen sie sich eigentlich nur an der Richtung – Myonen kommen von oben, die Umgebungsstrahlung von überall. Aus dieser Asymmetrie ein Ergebnis zu machen, heißt, eine schwache Schwankung über viele Stunden herauszumessen. Das ist langsam, und es verzeiht keine Änderung am Aufbau.

Der klassische Ausweg ist Blei. Man packt den Detektor in eine Höhle aus einigen Zentimetern Blei: Die Gammastrahlung aus der Umgebung bleibt darin stecken, die Myonen fliegen ungerührt hindurch – ein paar Zentimeter Blei kosten ein Teilchen mit mehreren Gigaelektronenvolt praktisch nichts. Was übrig bleibt, ist der kosmische Anteil.

Nur hat diese schöne Idee Haken. Der erste ist banal: Ein Kasten, der einen Sensor allseitig mit mehreren Zentimetern Blei umgibt, wiegt mehr, als man einer Wohnzimmerkommode zumuten möchte. Der zweite wird häufig von Laien nicht bedacht: Blei ist selbst nicht sauber. Handelsübliches Blei enthält Blei-210, einen Betastrahler, den man sich damit direkt an den Sensor legt – und die Gammastrahlung, die man abfangen will, regt im Blei Röntgenfluoreszenz an, die vorher nicht da war. Wer es richtig macht, baut deshalb gestuft: außen Blei, innen ein paar Millimeter Kupfer, das die Bleilinien wegfängt.

Geht man den Gedanken weiter, kommt man bei „Bleiburgen“ aus Bleiziegel (nach DIN 25407) und Feinblei (mit Antimon legiert) an. Für letzteres benötigt man dann einen stabilen Rahmen, da das Blei sich unter seinem Gewicht sonst verformen würde … da sind dann zudem die mehreren hundert Kilo Gewicht zu berücksichtigen. Eine Bleiburg mit 10 cm Wandstärke ist da bereits schnell bei 300 kg.

Die Alternative wäre, zwei Sensoren übereinanderzulegen und nur zu zählen, was beide gleichzeitig trifft. Ein Elektron aus der Wand schafft das nicht, ein Myon mühelos. Das ist elegant, aber es ist auch der Punkt, an dem aus einem Nebenbei-Projekt Gerätebau wird. Dies werde ich auch mangels einer zweiten ZWO ASI178MC nicht betrachten.

Wofür der Aufbau ausgezeichnet taugt

Jetzt die andere Seite, und die gefällt mir inzwischen gut.

Lange Zeit habe ich die Umgebungsstrahlung als das behandelt, was im Weg steht. Dabei ist sie das eigentlich Interessante. Sie ist nämlich nicht überall gleich: Sie hängt daran, aus welchem Material die Wände sind, wie oft gelüftet wird, was unter dem Haus liegt und wie das Wetter gerade steht. Der Aufbau misst genau das – zuverlässig, Tag für Tag und Nacht für Nacht, und mit einer Energieskala, die man nachprüfen kann.

Das Instrument ist eine handelsübliche Astrokamera, der Rest ist ein lichtdichter Deckel und Software. Es läuft unbeaufsichtigt, kalibriert sich selbst nach und beschwert sich, wenn etwas nicht stimmt. Für eine Messgröße, die von Ort zu Ort verschieden ist, ist das die perfekte Ausgangslage: Ein einzelnes Gerät sagt wenig, hundert gleichartige Geräte an hundert Orten wären eine Datenlage. Genau dafür ist Citizen Science da – nicht um das Labor zu ersetzen, sondern um etwas zu leisten, was ein einzelnes Labor gar nicht kann, weil es nur an einem Ort steht.

Vielleicht finden sich ja Nachahmer, die Lust auf so ein Projekt und zum Austausch haben.

Das Dauerprojekt

Der Aufbau zieht auf einen eigenen Rechner um, der durchläuft und nicht nebenbei zum Arbeiten gebraucht wird. Eine einzige Sensorlage, unverändert über Monate – denn jede Änderung an der Geometrie macht Zeiträume eventuell unvergleichbar.

Beobachtet werden soll dann:

• Radon über Monate. Die Zerfallsprodukte in der Zimmerluft sind der aussichtsreichste Kandidat für die Schwankungen. Sie folgen Lüftung und Wetterlage und sollten einen Tagesgang zeigen.
• Das Wetter als Hebel. Der Luftdruck läuft schon mit, dazu sollen Niederschlag und Wetterlage kommen – und ein eigenes Barometer statt eines Wetterdienstes.
• Ein Langzeitarchiv. Tageswerte, die über Jahre vergleichbar bleiben, statt Rohdaten, die nie wieder jemand anfasst. Und ein Platz für die seltenen Einzelfälle, die es wert sind.

Lage des Sensors

Waagerecht ist die Empfehlung für den Dauerbetrieb. Nach dem Thermiktest bleibt kein offener Punkt mehr dagegen.

Was dafür spricht:

• Die Rate hängt nicht von der Lage ab. Die Lagenreihe hat über vier Lagen keinen Unterschied gefunden. Aufstellen bringt also keinen Messgewinn.
• Waagerecht gibt es keine Kantenlage. Die Frage, welche Kante oben liegt, stellt sich gar nicht.
• Thermisch gibt es keinen Unterschied. Flach gegen aufgestellt waren es +0,10 K, die Schwelle lag bei 0,5 K. Die 1,6 K aus der Lagenreihe waren das Wetter.
• Die Wandstrahlung trifft den Sensor gleichmäßig. Der Überschuss aus der Drehprobe kommt aus der Waagerechten, und ein flacher Sensor sieht ihn aus allen Himmelsrichtungen gleich. Die Nullprobe in dieser Lage war richtungsneutral.
• Die Lage ist mechanisch am stabilsten. Ein liegender Sensor kann sich über Monate nicht unbemerkt neigen.

Was man damit aufgibt: eine Richtungsanalyse der Myonen. Liegt der Sensor flach, liegt die Raumsenkrechte nicht in der Bildebene. Verlässlich war diese Analyse ohnehin nicht, zudem diese ohnehin faktisch nur zweidimensional war.

Zur KI

KI ist ein Werkzeug, nicht mehr und auch nicht weniger – aber eines, das nicht müde wird. Sie analysiert alles in der nötigen Tiefe und ermöglich erkannte Probleme fortlaufend nachzubessern. Die Ergebnisse sind nur so gut wie das, was man ihm über die Wirklichkeit erzählt hat. Auch hier gilt: Garbage in, garbage out!

Wie es weitergeht

Die „Myonenfrage“ ist beantwortet, soweit dieser Aufbau sie beantworten kann. Bei der Lage des Sensors für die Dauermessung wurde waagrecht festgelegt. Dies ist einfach die größte Trefferfläche für Myonen. Senkrecht haben sich, wegen der geringen Kantenfläche, auch nicht mehr Striche durch Myonen ergeben. Waagrecht bekommt man, für das Auge, durch die Umgebungsstrahlung auch einige schöne Exemplare. Damit endet diese Reihe.

Die nächsten Artikel drehen sich um das, was die ganze Zeit die Mehrheit war: die Umgebungsstrahlung. Radon und sein Tagesgang, der Einfluss des Wetters, und die Frage, wie viel eigentlich aus den Wänden kommt. Dies ist nun kein astronomisches Thema, aber sehr spannend und ein Alltagsthema, dass für jeden interessant sein dürfte.