Kosmische Strahlung Kosmische Strahlung ist eine hochenergetische Teilchenstrahlung aus dem All. Nach heutigem Wissen sind Quellen dieser Strahlung unsere Sonne (Sonnenwind), andere Sterne, aber auch Supernova- Explosionen, kosmische Jets, Pulsare und schwarze Löcher. Die Teilchenenergien können dabei wesentlich größer sein als in modernen Teilchenbeschleunigern jemals erreichbar sein werden. Speziell im Bereich sehr hoher Teilchenenergien sind die galaktischen Beschleunigungsmechanismen und damit die Quellen der Strahlung weiterhin unbekannt und somit Forschungsthema. Die primäre Strahlung besteht ungefähr zu 87 % aus Protonen (Wasserstoffkerne), 12 % Alpha-Teilchen (Heliumkerne) und 1 % schwereren Atomkernen. Die elektrisch geladenen Bestandteile der Strahlung werden durch das Magnetfeld der Erde in die Polregionen geleitet, die elektrisch neutralen Bestandteile fliegen ungestört. Die primäre Strahlung trifft in etwa 13 km auf die obere Erdatmosphäre. Dabei brechen die Protonen und Alpha-Teilchen auseinander, wobei zum größten Teil Pionen (gebundene Zustände aus up-Quarks und down-Quarks bzw. Antiquarks) entstehen. Die neutralen Pionen zerfallen ihrerseits in Photonpaare, die sogenannte elektromagnetische Schauer bilden. Die geladenen Pionen zerfallen in Elektronen und Elektronneutrinos oder in Myonen und Myonneutrinos. Dabei ist der Zerfall in Elektronen gegenüber dem Zerfall in Myonen um den Faktor 10000 unterdrückt, was durch die Eigenschaften der schwachen Wechselwirkung im Pionzerfall bedingt ist. Somit zerfallen die Pionen zu (99,98770±0,00004) % in Myonen. Die primäre kosmische Strahlung wechselwirkt aber auch direkt mit der Atmosphäre, wodurch Hadronen entstehen, die weiter mit der Atmosphäre reagieren und nach kurzer Zeit zerfallen. Insgesamt besteht die kosmische Sekundärstrahlung zu etwa 80% aus Myonen, zu knapp 20% aus Elektronen und zu rund 1% aus Hadronen. Da die Myonen eine Lebensdauer von 2.2 Mikrosekunden haben, würden sie der klassischen Physik folgend nur etwa 660 m weit fliegen, sollten also die Erdoberfläche gar nicht erreichen. Aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und des hohen Lorentz-boost Faktors (βɣ>16) ist jedoch die Zeitdilatation so groß, dass leicht Strecken von 11 km oder mehr zurückgelegt werden können, so dass die Myonen die Erdoberfläche erreichen. Der durchschnittliche Myonfluss auf Höhe des Meeresspiegels beträgt etwa ein Myon pro cm² und Minute, wobei die genaue Rate von der erlaubten Myonrichtung und der zum Nachweis nötigen minimalen Myonenergie abhängen.