IceCube

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Dieser Artikel befasst sich mit dem Neutrinodetektor IceCube. Den gleichnamigen amerikanischen Rapper finden Sie unter Ice Cube
Bohrstation für IceCube im Dezember 2009

IceCube ist ein Hochenergie-Neutrino-Observatorium, das im klaren Eis des Südpols seit 2010 in einem Volumen von 1 km3 Hochenergie-Neutrinos registriert, wenn diese mit Bestandteilen des Eises reagieren. Dies geschieht, indem dabei erzeugte schnelle Elektronen, Myonen oder Tauonen im Eis Tscherenkov-Strahlung hervorrufen, die mit hochempfindlichen optischen Sensoren (Photomultipliern) nachgewiesen wird. Wissenschaftler versprechen sich von IceCube vor allem Erkenntnisse über die Quellen der geladenen kosmischen Strahlung, in denen auch die Neutrinos erzeugt werden.

Geschichte[Bearbeiten]

Das verwendete Prinzip findet schon im AMANDA-Teleskop Anwendung und lieferte dort seit 1997 Daten. Am 11. Mai 2009 wurde AMANDA plangemäß abgeschaltet. Aufgrund des Erfolges wurden die Gelder für das IceCube-Teleskop genehmigt. IceCube wurde nach knapp sechs Jahren Bauzeit und einem Jahrzehnt Vorbereitung am 18. Dezember 2010 fertiggestellt. Erste wissenschaftliche Ergebnisse wurden bereits mit den ersten Ausbaustufen von IceCube im gemeinsamen Betrieb mit AMANDA erzielt. Das bisher wichtigste wissenschaftliche Ergebnis ist die erstmalige Beobachtung hochenergetischer kosmischer Neutrinostrahlung im Jahr 2013.

Technik[Bearbeiten]

Digital Optical Module (DOM) mit 25 cm Photomultiplier von Hamamatsu

IceCube verfügt über 86 Kabelstränge mit insgesamt 5160 Sensoren, die die Tscherenkov-Leuchtspuren von Myonen, Elektronen und Tauonen aufspüren, verstärken, digitalisieren und dann zur Amundsen-Scott-Südpolstation weiterleiten. Die 677 Module von AMANDA wurden bei einigen IceCube-Analysen mitverwendet.

Die Kabelstränge und Detektoren werden in mit heißem Wasser gebohrten Löchern versenkt, die anschließend wieder zufrieren; die Sensoren werden in Tiefen zwischen 1450 und 2450 Metern platziert, wo durch den enormen Druck alle störenden Luftbläschen soweit komprimiert sind, dass sie für die Ausbreitung des Lichts keine Rolle mehr spielen.

Funktionsweise[Bearbeiten]

Am besten geeignet für eine Richtungsbestimmung der Neutrinos ist der Nachweis von Myonen. Die extrem seltene Kollision eines Myon-Neutrinos mit einem Molekül bewirkt die Umwandlung des Neutrinos in ein Myon. Das Myon setzt die Spur des Neutrinos fort und setzt dabei einen Kegel blauen Lichts frei, die Tscherenkov-Strahlung. Diese sehr schwache Lichtstrahlung wird durch Photomultiplier über 100-millionenfach verstärkt.[1] Aus den Ankunftszeiten des Lichts an den einzelnen Sensoren kann errechnet werden, aus welcher Richtung das Neutrino kam.

Neutrinoteleskope wie IceCube können auch Supernovae entdecken oder zur Detektion der Dunklen Materie beitragen. Auch gerichtete Strahlungsausbrüche (sog. Gamma Ray Bursts), die z. B. von schwarzen Löchern im Zentrum einer Spiralgalaxie ausgehen können, spielen eine Rolle. In dieser Hinsicht ist die Anlage und das „Drumherum“ ein explizites Beispiel für die sich rapide entwickelnde Zusammenarbeit von Hochenergiephysik und Astrophysik.

Wissenschaftliche Erfolge[Bearbeiten]

Im Juni 2013 veröffentlichte die IceCube-Kollaboration die ersten Ergebnisse, die auf einen nicht terrestrischen Fluss von Neutrinos hindeuteten. Es waren zwei Neutrinoereignisse gefunden worden, zu wenig, um eine statistisch signifikante Aussage zu treffen.[2] Im November 2013 veröffentlichte die Kollaboration in der Fachzeitschrift Science die Nachfolgemessung, die als Nachweis von nicht-terrestrischen Neutrinos gilt.[3] Für diesen Erfolg verlieh das Magazin Physics World den Preis „Breakthrough of the Year“.[4]

Finanzierung und Kooperationen[Bearbeiten]

Die Gesamtkosten für den ca. 270 Millionen US-Dollar teuren Neutrinodetektor stammen überwiegend von der amerikanischen Wissenschaftsstiftung NSF. Das Projekt wurde aber wesentlich von Universitäten und Instituten in Schweden, Belgien, Deutschland, Großbritannien, Japan und den Niederlanden mitfinanziert.

Das IceCube-Team besteht insgesamt aus ca. 260 Wissenschaftlern aus 40 Forschungsinstitutionen in elf Ländern, die den Detektor kontinuierlich betreiben und weiterentwickeln. Neben Forschern aus den Ländern, die IceCube finanziert haben, beteiligen sich auch Wissenschaftler aus Neuseeland, Australien, Kanada und der Schweiz an dem Betrieb und den Datenanalysen. Aus Deutschland sind das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY, die Universitäten RWTH Aachen, HU Berlin, Bochum, Bonn, TU Dortmund, Mainz, Wuppertal und TU München[5] beteiligt.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: IceCube – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Rickard Ström: IceCube Explained. Department of Physics and Astronomy, Uppsala Universitet, 13. Dezember 2011, abgerufen am 30. Juni 2013.
  2. IceCube Kollaboration First Observation of PeV-Energy Neutrinos with IceCube
  3. IceCube Kollaboration: Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector Science Veröffentlichung vom 22. November 2013
  4. IceCube Kollaboration "IceCube awarded the 2013 Breakthrough of the Year"
  5. High energy neutrino oscillations observed at IceCube experiment. Physik-Department der Technischen Universität München, 13. Juni 2012, abrufen am 30. Juni 2013.

-89.99-63.453055555556Koordinaten: 89° 59′ 24″ S, 63° 27′ 11″ W