IceCube

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 wie Francis Halzen und Christian Spiering versprechen sich von IceCube vor allem Erkenntnisse darüber, was die Quellen der geladenen kosmische Strahlung sind, in denen auch die Neutrinos erzeugt werden.

Geschichte

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.

Technischer Hintergrund

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.

Bohrstation für IceCube im Dezember 2009

Digital Optical Module (DOM)

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

Am besten geeignet für eine Richtungsbestimmung der Neutrinos ist der Nachweis von Myonen. Die extrem seltene Kollision eines Myon-Neutrino mit einem Molekül bewirkt die Abspaltung des Nukleus und die Umwandlung des Neutrino 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 über 100 Millionen Mal verstärkt. 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.

Finanzierung und Kooperationen

Die Gelder für den ca. 295 Millionen US-Dollar teuren Neutrinodetektor, der u.a. von der University of Wisconsin in Madison und DESY in Zeuthen entwickelt wurde, stammen überwiegend von der amerikanischen Wissenschaftsstiftung NSF. Das Projekt wird aber von Universitäten und Instituten in Schweden, Belgien, Deutschland, Großbritannien und den Niederlanden mitfinanziert.

Das IceCube-Team besteht insgesamt aus 260 Wissenschaftlern aus 36 Forschungsinstitutionen in acht Ländern. Neben Forschern aus den Ländern, die IceCube finanziert haben, beteiligen sich auch Wissenschaftler aus Neuseeland, Barbados und der Schweiz an der Datenanalyse. 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 sowie das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg beteiligt.

Weblinks

 Commons: IceCube – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• http://icecube.wisc.edu/ - Offizielle Seite zum Projekt IceCube (engl.)
• http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/600524/ - DLF-Bericht über IceCube
• http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/785571/ - DLF-Bericht über IceCube