Im Rahmen einer umfangreichen Initiative zur Verbesserung der Detektion kosmischer Neutrinos wurden hunderte neue Sensoren und Kalibriergeräte im Eis der Antarktis installiert. Wie TU Dortmund berichtet, ist diese Maßnahme das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen verschiedenen deutschen Partnern und wird als bedeutender Fortschritt für die Forschung im IceCube-Neutrino-Observatorium angesehen.

Die neuen Sensoren bestehen aus druckfesten Glaskugeln, die als „multi-PMT digital optical module” (mDOM) bekannt sind. Diese Glaskugeln beinhalten mehrere Fotosensoren, die als „multiple photomultiplier tubes” (PMTs) bezeichnet werden, und sind in langen Kabeln mit über 100 Modulen aneinandergereiht. Diese Module wurden in Bohrlöcher mit einer bemerkenswerten Tiefe von bis zu 2.600 Metern versenkt, wobei das Eis als Ziel- und Detektionsmedium für die Neutrinos fungiert. Während dieser Arbeiten kamen auch neue Kalibriergeräte und Kameras zum Einsatz, die eine präzisere Charakterisierung der optischen Eigenschaften des Eises sowie eine gründliche Überwachung der Detektorreaktion in realen Betriebsbedingungen ermöglichen.

Details zum Upgrade

Das IceCube-Neutrino-Observatorium, welches seit 2009 zur Erforschung der Quellen kosmischer Strahlung genutzt wird, erfuhr während des antarktischen Sommers ein umfassendes Upgrade. Laut Informationen von Ruhr-Universität Bochum waren 51 Wissenschaftler*innen und Techniker*innen an diesem Projekt beteiligt, die insgesamt 670 Sensoren und Kalibrierungsgeräte im Eis vergruben.

Die neu installierten Komponenten sollen die Leistung des Detektors bei niedrigeren Neutrinoenergien steigern. Neutrinos sind masselose Teilchen, die keine elektrische Ladung tragen und nur selten mit Materie interagieren. In der Regel werden sie indirekt mit dichtem Material, wie dem südpolaren Eis, nachgewiesen. Bei der Interaktion entstehen durch die Neutrinos ein schwereres Partnerteilchen sowie ein Lichtblitz, der dann von den speziellen Fotosensoren, den PMTs, verstärkt und aufgezeichnet wird.

Zukunftsausblick

Das Upgrade ist nicht nur eine bedeutende Verbesserung, sondern stellt auch einen wichtigen Schritt in Richtung IceCube-Gen2 dar, der geplanten zweiten Ausbaustufe des Detektors. Das Ziel dieses Projekts ist es, die Empfindlichkeit des Detektors weiter zu erhöhen und neue wissenschaftliche Möglichkeiten zu erschließen. Eine Vielzahl deutscher Universitäten, darunter die TU Dortmund und die Ruhr-Universität Bochum, sind Teil des IceCube-Konsortiums, das durch diese Kooperation seine physikalische Forschung stärken möchte.

Besonders hervorzuheben ist die Rolle von Johannes Werthebach und Dr. Alicia Fattorini, die vor Ort am Südpol an der Installation mitwirkten. Laut den neuesten Berichten wurden an der TU Dortmund rund 5.000 PMTs getestet und kalibriert. Die neuen Kalibrierungsgeräte und Kamerasysteme sind so konzipiert, dass sie systematische Unsicherheiten verringern und die Rekonstruktion von Neutrinoereignissen optimieren, was letztendlich die Grundlagen für zukünftige Forschungsarbeiten in der Neutrinophysik legt.