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 den Elementarteilchen des Eises reagieren. Dies geschieht, indem dabei erzeugte Elektronen, Myonen oder Tauonen mit Hilfe von hochempfindlichen optischen Sensoren (Photomultipliern) nachgewiesen werden. Wissenschaftler versprechen sich von IceCube vor allem Erkenntnisse darüber, was die Quellen der geladenen kosmischen Strahlung sind, 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.

Technischer Hintergrund[Bearbeiten]

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

IceCube verfügt über 86 Kabelstränge mit insgesamt 5160 Sensoren, die die 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 und Analysespektrum[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 Abspaltung des Nukleus und die Umwandlung des Neutrinos in ein Myon. Das Myon setzt die Spur des Neutrinos fort und setzt dabei einen Kegel blauen Lichts frei, der Tscherenkov-Strahlung genannt wird. Diese extrem schwache Lichtstrahlung wird durch Photomultiplier von Hamamatsu Photonics über 100 Millionen Mal verstärkt.[1] Mithilfe der Ankunftszeiten des Lichts an den einzelnen Sensoren errechnen die Wissenschaftler, aus welcher Richtung das den Effekt erzeugende 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. Hierbei wurden zwei Neutrinoereignisse gefunden. Durch diese Messung konnte auf Grund der begrenzten Zahl der Ereignisse keine statistisch signifikante Aussage getroffen werden.[2]

Im November 2013 veröffentlichte die IceCube-Kollaboration in der Fachzeitschrift Science die Nachfolgemessung und somit den Nachweis von nicht terrestrischen Neutrinos [3]. Dies war der erste jemals geglückte Nachweis von höchstenergetischen Neutrinos, die nicht von dieser Welt stammen und -- nach der Detektion der Neutrinos der SN 1987A - erst der zweite Nachweis von nicht terrestrischen Neutrinos überhaupt. 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 signifikant 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, Humboldt-Universität zu 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