TY - THES AB - Diese Dissertation untersucht eine Reihe von Forschungsfragen in der Astroteilchenphysik und Kosmologie. Sie analysiert UHECR-Anisotropien in der Ankunftsrichtung, die durch das Magnetfeld der Milchstraße beeinflusst werden, sowie die Ausbreitung kosmischer Strahlen im lokalen Universum durch die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) unter Berücksichtigung einer modifizierten Temperatur–Rotverschiebungs-Beziehung (T(z) bzw. T-z). Zusätzlich untersuchen wir grundlegende physikalische Konzepte, die eine modifizierte T-z-Relation im Rahmen eines dekonfinierenden SU(2)-Yang-Mills-Plasmas nahelegen könnten. Darüber hinaus befasst sich diese Arbeit mit einem Leptonmodell, das auf einer gemischten SU(2)-Yang-Mills-Thermodynamik basiert und eine Verbindung zwischen dem Leptonmassespektrum und dem Massenspektrum ultraleichter Axionen herstellt, welche als Kandidaten für die Dunkle Materie des Universums vorgeschlagen werden. Eine Motivation aus der Kosmologie zur Betrachtung einer modifizierten CMB-T-z-Relation sind die aktuellen Spannungen (wie H₀, σ₈, S₈) im kosmologischen Standardmodell ΛCDM. Eine vorgeschlagene Erweiterung, SU(2)CMB, beschreibt kosmische Mikrowellenhintergrund-Photonen im Rahmen einer SU(2)-Eichtheorie anstelle der üblichen U(1)-Eichgruppe. Dies impliziert eine abgeflachte Temperatur–Rotverschiebungs-Relation. Dadurch werden einige dieser Spannungen reduziert, die Epoche der Rekombination zu höheren Rotverschiebungen verschoben und die CMB-Photonendichte bei gleicher Rotverschiebung effektiv verringert. Darüber hinaus diskutiert diese Dissertation die Auswirkungen der modifizierten kosmischen Mikrowellenhintergrund-Evolution auf Multimessenger-Studien. Insbesondere untersuchen wir die Effekte der oben genannten ΛCDM-Erweiterung auf den Propagationshorizont ultrahochenergetischer kosmischer Strahlen (UHECR), erhöhte kosmogene Neutrinoflüsse und die veränderten Eigenschaften der Quellen, die aus dem UHECR-Spektrum abgeleitet werden. In verwandten Studien analysieren wir den Einfluss galaktischer Magnetfelder auf die Ausbreitung und Isotropie von UHECRs. Interessanterweise können bereits geringe zeitliche Variationen (~30 %) im kosmischen Strahlungsfluss in den letzten mehreren Hunderttausend Jahren einen Dipol in der Ankunftsrichtung von UHECRs erzeugen, wie ihn die Auger-Kollaboration beobachtet. Mehrere Ansätze zur experimentellen Überprüfung der oben genannten modifizierten T(z)-Relation werden diskutiert. Während der Sunyaev–Zel’dovich-Effekt es nicht erlaubt, diese T(z)-Relation direkt aus den Daten zu extrahieren, ist die Ausbreitung ultrahochenergetischer kosmischer Strahlen dafür empfindlich. Es scheint, dass SU(2)CMB UHECR-Quellen wie Starburst-Galaxien mit einer relativ stabilen Produktionsrate gegenüber aktiven galaktischen Kernen als primäre Quelle von UHECRs bevorzugt. Wir schließen daraus, dass die Frage nach der Natur der primären UHECR-Quellen direkt von der angenommenen Temperatur–Rotverschiebungs-Relation der CMB beeinflusst wird. Darüber hinaus befasst sich diese Arbeit mit dem ARCADE 2 Radioüberschuss im CMB-Spektrum bei kleinen Frequenzen, welchen wir nicht als Vordergrundstrahlung, sondern als eine intrinsische Eigenschaft von Schwarzkörperstrahlung interpretieren. Basierend auf SU(2)CMB untersuchen wir zudem theoretisch und experimentell spektrale Schwarzkörper-Anomalien bei höheren Temperaturen als der aktuellen CMB-Temperatur von T_CMB = 2.725 K. Die Konsequenzen einer Erweiterung des kosmologischen Modells ΛCDM im Sinne von SU(2)CMB für Dunkle Materie und Dunkle Energie, den sogenannten dunklen Sektor, werden abschließend kurz diskutiert. AU - Meinert, Janning CY - Wuppertal DA - 2025 DO - 10.25926/BUW/0-859 DP - Bergische Universität Wuppertal KW - Ultrahochenergetische kosmische Strahlung (UHECRs) KW - Kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) KW - Temperatur–Rotverschiebungs-Beziehung KW - SU(2) Yang-Mills Thermodynamik KW - Leptonmassespektrum KW - Axionen als Dunkle Materie KW - modifiziertes ΛCDM-Kosmologie Modell KW - Kosmogene Neutrinos KW - galaktische Magnetfelder KW - ARCADE-2-Radioüberschuss KW - Spektrale Anomalien von Schwarzkörperstrahlung KW - Verschiebung der Rekombinationsepoche KW - Multimessenger-Astrophysik KW - Ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs) KW - Cosmic microwave background (CMB) KW - Temperature–redshift relation KW - SU(2) Yang-Mills thermodynamics KW - Lepton mass spectrum KW - Axion dark matter KW - Modified ΛCDM cosmology KW - Galactic magnetic fields KW - Cosmogenic neutrinos KW - ARCADE 2 radio excess KW - Spectral distortions of blackbody radiation KW - Recombination epoch shift KW - Multi-messenger astrophysics LA - eng N1 - Bergische Universität Wuppertal, Dissertation, 2025 N1 - Universität Heidelberg, Dissertation, 2025 PB - Veröffentlichungen der Universität PY - 17th of February 2025 SP - 1 Online-Ressource (vi, 112 Seiten) : Illustrationen, Diagramme T2 - Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften TI - Yang-Mills thermodynamics of photons and its application in cosmology and astroparticle physics UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:468-2-5796 Y2 - 2025-11-09T06:41:45 ER -