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Viktor Franz Hess, der Entdecker der Kosmischen Strahlung, bezeichnete seine Entdeckung selbst als Ultragammastrahlung, was auf seine Überzeugung hinweist, dass es sich bei der Kosmischen Strahlung um eine hochenergetische γ-Strahlung handelt. Seine Annahme beruhte aber auf reiner Vermutung, und im nächsten Jahrzehnt, während dem sich die internationalen Forscher damit abmühten, Schwankungen in der Intensität der Kosmischen Strahlung in Abhängigkeit von der Uhrzeit, der Himmelsrichtung und der Tagesverfassung zu bestimmen, kam keiner auf die Idee, die tatsächliche Natur der Kosmischen Strahlung, also ihren Aufbau und ihre Zusammensetzung, zu hinterfragen. Der unerschütterliche Glaube an die γ-Strahlung aus dem Weltraum rührte vor allem daher, dass man sich die unglaubliche Durchdringungskraft dieser Strahlung, die durch die gesamte Atmosphäre bis zur Erdoberfläche hindurchkommt, bei einer Teilchenstrahlung noch viel weniger vorstellen konnte.
Erst 1929 sollte es soweit sein. Die beiden deutschen Forscher Werner Kolhörster und Walter Bothe, in der Physikalischen Reichsanstalt in Berlin zuhause, machten sich daran, endlich den Nachweis dafür zu erbringen, wovon alle überzeugt waren, dass die Kosmische Strahlung eine hochenergetische γ-Strahlung sei.
Für ihre Experimente verwendeten sie eine Messanordnung, die im wesentlichen aus zwei Geiger-Müller Zählrohren bestand, zwischen die man verschieden dicke Absorber in Form von Eisen- oder Bleiplatten bringen konnte.
Bothe und Kolhörster gingen davon aus, dass ein γ-Quant nur dann mit einem Geiger-Müller Zählrohr nachgewiesen werden kann, wenn es zuvor ein Elektron aus einem neutralen Atom schlägt. Tatsächlich würde dann dieses Elektron vom Zählrohr nachgewiesen. Diese sekundären Elektronen wollten Bothe und Kolhörster untersuchen, und dazu verwendeten sie die Zählrohre. Tatsächlich entdeckten sie sehr bald Koinzidenzen, das bedeutet Ereignisse, die in beiden Zählrohren zu gleichen Zeit stattfanden. Das musste bedeuten, dass ein Elektron, das von einem γ-Quant aus einem Atom geschlagen wurde, im raschen Flug beide Zählrohre durchquert haben musste. Das war ein erster Erfolg für die beiden Berliner. Als nächstes wollten sie die Energie dieser vermeintlichen Elektronen bestimmen, indem sie immer dicker werdende Absorber in Form von Metallplatten zwischen die beiden Zählrohre einbrachten, bis keine Koinzidenzen mehr eintreten würden. Doch jetzt hielt die Natur eine weitere Überraschung für die Physiker bereit. Bothe und Kolhörster stellten zu ihrem maßlosen Erstaunen fest, dass 75 % der Koinzidenzen nicht einmal durch einen vier Zentimeter dicken Goldbarren zu verhindern waren. Der Goldbarren stand den beiden für kurze Zeit als Leihgabe zur Verfügung.
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Abbildung 7-1 Die Messanordnung von Bothe und Kolhörster
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Bothe und Kolhörster hatten eigentlich gemeint, endlich den lange ausstehenden Beweis dafür zu erbringen, dass die Kosmische Strahlung eine γ-Strahlung sei. Tatsächlich gelang es ihnen nur, den Beweis zu erbringen, dass die sekundäre Strahlung, wie wir sie an der Erdoberfläche feststellen können, keine γ-Strahlung ist.
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Tatsächlich waren die Teilchen, von denen die Geiger-Müller Zählrohre ausgelöst wurden, gerade so durchdringend, wie die Kosmische Strahlung selbst. Die beiden deutschen Forschen konnten nicht umhin, die Folgerung zu ziehen, dass die Kosmische Strahlung selbst entgegen der allgemeinen Annahme keine γ-Strahlung ist, sondern zumindest zu einem Teil aus geladenen Teilchen sehr hoher Durchdringungskraft besteht.
Was Bothe und Kolhörster mit ihrem Experiment bezweckten, war, den schon lange ausstehenden Nachweis zu erbringen, dass die Kosmische Strahlung eine ultrahochenergetische γ-Strahlung sei. Was sie tatsächlich zeigen konnten, war, dass die sekundäre Strahlung, die von der primären Kosmischen Strahlung in der Wechselwirkung mit unserer Atmosphäre erzeugt wird, aus elektrisch geladenen Teilchen besteht. [32]
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