(c) Johannes Werthebach
Am Südpol ist das Neutrino-Observatorium IceCube erweitert worden. 670 neue Sensoren sollen die Messgenauigkeit deutlich erhöhen.
Seit 2009 untersucht das IceCube-Neutrino-Observatorium kosmische Strahlung aus dem All. Während des antarktischen Sommers nutzte das internationale Team günstige Wetterbedingungen für ein technisches Upgrade. 51 Wissenschaftlerinnen, Wissenschaftler und Techniker installierten 670 neue Sensoren und Kalibriergeräte im Eis. Ziel ist eine bessere Messung bei niedrigeren Neutrinoenergien. Auch deutsche Universitäten waren beteiligt.
Sensoren in 2.600 Metern Tiefe
Die neuen Module wurden bis zu 2.600 Meter tief im Eis versenkt. Zum Einsatz kommen druckfeste Glaskugeln, sogenannte multi-PMT digital optical modules (mDOM). In ihnen befinden sich mehrere Fotosensoren, die schwache Lichtsignale registrieren.
Diese Lichtblitze entstehen, wenn Neutrinos mit Materie im Eis reagieren. Lange Kabelstränge mit jeweils mehr als 100 Modulen wurden in Bohrlöcher eingelassen. Das Eis dient dabei sowohl als Zielmedium für die Teilchen als auch als Detektor.
Zusätzlich installierte das Team neue Kalibriergeräte und Kamerasysteme. Sie ermöglichen Referenzmessungen und eine genauere Bestimmung der optischen Eigenschaften des Eises.
Beteiligung aus Dortmund und Bochum
Physikerinnen und Physiker der TU Dortmund und der Ruhr-Universität Bochum waren an Entwicklung und Installation beteiligt. An der TU Dortmund wurden im Rahmen einer Doktorarbeit rund 5.000 Photomultiplier getestet und kalibriert. Zwei Forschende reisten zur Installation an den Südpol.
Die Ruhr-Universität Bochum steuerte ein neues Kamerasystem bei. Es soll helfen, die Eigenschaften des Eises präziser zu erfassen. Beide Hochschulen arbeiten im IceCube-Konsortium eng zusammen und bewerben sich gemeinsam als Ruhr Innovation Lab in der Exzellenzstrategie.
Insgesamt gehören neun deutsche Universitäten sowie die Forschungsinstitute Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY zum Konsortium.
Schritt zu IceCube-Gen2
Das Upgrade gilt als Vorbereitung für die geplante zweite Ausbaustufe IceCube-Gen2. Die Empfindlichkeit des Detektors soll weiter steigen. Gleichzeitig sollen systematische Unsicherheiten sinken. Auch bereits gesammelte Daten können mit verbesserten Methoden neu ausgewertet werden.
Neutrinos als Boten aus dem All
Neutrinos sind nahezu masselos, elektrisch neutral und reagieren nur selten mit Materie. Sie zählen zu den häufigsten Elementarteilchen im Universum. Ihr Nachweis gelingt nur mit großvolumigen Detektoren.
Trifft ein Neutrino im Eis auf ein Atom, entsteht ein Partnerteilchen und ein kurzer Lichtblitz. Die Sensoren verstärken dieses Signal und zeichnen es auf. So lassen sich Rückschlüsse auf kosmische Ereignisse und Strahlungsquellen ziehen.
Mit dem Ausbau am Südpol stärkt das Observatorium seine Rolle in der internationalen Teilchenphysik.
