Weltweit größtes Neutrino-Observatorium am Südpol gebaut

Das größte Neutrinoteleskop der Welt - hergestellt aus einem riesigen Eiswürfel am Südpol -, das subatomare Teilchen erfassen soll, die sich in Lichtgeschwindigkeit bewegen, wurde heute abgeschlossen (20. Dez.).

Der Bau des IceCube-Neutrino-Observatoriums endete am 18. Dezember (neuseeländische Zeit), obwohl es bereits seit einigen Jahren Daten über das winzige Teilchen sammelt.

Neutrinos sind subatomare Teilchen, die sich in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Einige Neutrinos stammen von der Sonne, andere stammen von kosmischen Strahlen, die mit der Erdatmosphäre und astronomischen Quellen wie explodierenden Sternen in der Milchstraße und anderen fernen Galaxien interagieren.

Billionen von Neutrinos strömen zu jedem beliebigen Zeitpunkt durch deinen Körper, aber sie interagieren selten mit normaler Materie. Als solche bieten sie eine einzigartige Sonde für die heftigsten Prozesse im Universum, an denen Neutronensterne und Schwarze Löcher beteiligt sind. Sie können sogar Einblicke in die Dunkle Materie offenbaren, die unsichtbare Substanz, von der Physiker denken, dass sie die meiste Materie im Universum ausmacht.

Subatomare Partikel erkennen

Aber Neutrinos sind schwer zu fangen. Die Wissenschaftler verwenden also viel Eis, um nach dem seltenen Neutrino Ausschau zu halten, das in eines der Atome fällt, aus denen die Moleküle des Wassereises bestehen.

Das Riesenteleskop wurde im Eis des antarktischen Plateaus am Südpol errichtet. Der letzte Abschnitt der Konstruktion endete mit dem Bohren der letzten von 86 Löchern für die 5.160 optischen Sensoren, die jetzt installiert sind, um den Hauptdetektor zu bilden.

Solche Sensoren und Detektoren werden nach Myonen Ausschau halten, bei denen es sich um Teilchen aus Neutrino-Eis-Atom-Kollisionen handelt. In dem ultra-transparenten Eis, das in solchen Tiefen existiert, strahlt das Myon blaues Licht aus, das von den optischen Sensoren von IceCube detektiert wird. Das Myon behält die Richtung des ursprünglichen Neutrinos bei und verweist als solches auf seine kosmische Quelle.

Die Größe des Observatoriums - ein Kubikkilometer Eis - ist wichtig, weil es die Anzahl möglicher Kollisionen erhöht, die beobachtet werden können. Außerdem ist die Eisart am Südpol ideal, um die seltenen Kollisionen zu erkennen. Das meiste Eis enthält Luftblasen und andere Taschen, die die Messungen verfälschen würden.

Aber am Südpol ist es im Grunde ein riesiger Gletscher, der fast ausschließlich aus Wassereis besteht. Das Eis dort steht unter extremem Druck, und wenn mehr und mehr Schnee fällt, wird das Eis gequetscht, bis es am reinsten ist. Das bedeutet eine Menge von Atomen im Eis, um die Wahrscheinlichkeit eines Absturzes zu erhöhen.

Wie es gebaut wurde

Ein 4,8-Megawatt-Heißwasserbohrer, der in weniger als zwei Tagen mehr als 2 km in das Eis eindringen kann, wurde für den Bau der Sternwarte genutzt. Nachdem der Heißwasserbohrer durch die Eisdecke gebohrt war, senkten Arbeiter optische Sensoren an Kabelsträngen in Tiefen zwischen 4.457 und 8.038 Fuß (1.450 und 2.450 Meter). Das Eis in diesen Tiefen ist dunkel und extrem transparent.

Jede Kabelkette hat 60 Sensoren in der Tiefe; 86 Saiten bilden den IceCube-Hauptdetektor. Darüber hinaus sitzen vier weitere Sensoren auf der Oberseite des Eises über jeder Saite und bilden das IceTop-Array. Das IceTop-Array kombiniert mit dem IceCube-Detektor bildet das IceCube-Observatorium, dessen Sensoren die Neutrino-Wechselwirkungen aufzeichnen.

Im Gegensatz zu vielen groß angelegten Wissenschaftsprojekten begann IceCube mit der Aufzeichnung von Daten, bevor die Bauarbeiten abgeschlossen waren. Jedes Jahr seit 2005, nach der ersten Einsatzsaison, begann die neue Konfiguration der Sensorstränge Daten zu erfassen. Jedes Jahr, als der Detektor wuchs, kamen mehr und bessere Daten vom Südpol zu Datenlagern an der Universität von Wisconsin und auf der ganzen Welt, wo Wissenschaftler sie analysierten.

"Sogar in dieser herausfordernden Phase des Projekts veröffentlichten wir Ergebnisse auf der Suche nach dunkler Materie und fanden faszinierende Muster in den Ankunftsrichtungen der kosmischen Strahlung. Bereits jetzt hat IceCube die Messungen des atmosphärischen Neutrino-Strahls auf Energien von mehr als 100 TeV erweitert , sagte Francis Halzen, der Teamleiter des Observatoriums, in einer Veröffentlichung. "Mit der Fertigstellung von IceCube sind wir auf dem Weg zu einer Sensitivität, die es uns ermöglicht, Neutrinos aus Quellen jenseits der Sonne zu sehen."

Die Fertigstellung der Sternwarte gipfelt in einem ehrgeizigen und komplexen multinationalen wissenschaftlichen Projekt. Die National Science Foundation leistete 242 Millionen Dollar für die gesamten Projektkosten von 279 Millionen Dollar. Die Universität von Wisconsin-Madison ist die führende US-Institution für das Projekt.

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