IceCube
Das IceCube -Neutrinoteleskop ist der weltweit größte Neutrino-Detektor. IceCube wurde zwischen 2004 und 2010 am geografischen Südpol gebaut, indem tausende sphärische optische Module (Sekundärelektronenvervielfacher, oder PMTs) in den Tiefen des antarktischen Eises zwischen 1450 bis 2450 Meter platziert wurden. Diese Sensoren wurden an 86 "Strings" mit jeweils 60 Modulen in mit heißem Wasser gebohrten Löchern herabgelassen.
Das Hauptziel des Experiments ist die Messung hochenergetischer Neutrinos im Energiebereich von 1011eV bis zu ungefähr 1018eV. Die Neutrinos werden detektiert, indem die seltenen Kollisionen eines Neutrinos mit Atomen im Eis beobachtet werden. Die Richtung und die Energie des einfallenden Neutrinos werden aus seinen Kollisionsprodukten geschätzt. Mit dem IceCube-Detektor werden mehrere hundert solcher Ereignisse pro Tag aufgezeichnet. Die meisten dieser Neutrinos werden in Luftschauern in der Erdatmosphäre erzeugt, die durch kosmische Strahlung produziert werden. Ein kleiner Anteil der Neutrinos kommt jedoch aus bisher nicht identifizierten astrophysikalischen Quellen, wie im Jahr 2013 durch IceCube entdeckt wurde. Diese Neutrinos zeichnen sich durch besonders hohe Energien aus, die sogar 1015eV übersteigen. Ein Schwerpunkt der Forschung liegt nun in der Identifikation der Quellen dieser Neutrinos. Dies könnten z.B. Schwarze Löcher im Zentrum aktiver Galaxien, kosmische Gammablitze oder Supernova-Überreste sein. Als wichtiger Schritt konnten im Jahr 2018 erstmalig einige Neutrinos einer bekannten kosmischen Quelle, TXS 0506+056, zugeordnet werden. Im Jahr 2022 wurde ein weiterer Nachweis für eine Emission von hochenergetischen Neutrinos aus der aktiven Galaxie NGC 1068 erbracht. Die von IceCube gesammelten Daten erlauben völlig neuartige astronomische Messungen bei höchsten Energien und haben so ein neues Beobachtungsfenster zum Universum geöffnet. Zusätzlich erlauben die Messungen aber auch die Erforschung vieler Aspekte fundamentaler Kern- und Teilchenphysik, wie die Messung von Neutrinoeigenschaften z.B. über Neutrinooszillationen, die Suche nach Dunkler Materie und die Messung von kosmischer Strahlung über Luftschauer.
Als nächster Schritt in Richtung eines Instrumentes der nächsten Generation (IceCube-Gen2), wird zurzeit eine Erweiterung des aktuellen Teleskops mit mindestens 7 Strings aus neuartigen Sensoren vorbereitet (IceCube-Upgrade). Diese Strings werden die Messgenauigkeit des gesamten Teleskops deutlich verbessern. Die Installation ist für den Winter 2022/23 geplant.
Forschungsschwerpunkte in Aachen
In Aachen leisten wir verschiedene Beiträge zum IceCube-Experiment. Darunter sind:
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Datenanalyse
von IceCube
- Suche nach kosmischen Neutrinoquellen
- Suche nach dem kosmischen Neutrinofluss
- Suche nach dunkler Materie
- Messungen atmosphärischer Neutrinos und deren Oszillationen
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Detektorentwicklung
für die zukünftige Erweiterung von IceCube
- Tests von Photosensoren und Elektronik für neue optische Module
- Entwicklung verbesserter Kalibrierungsmethoden auf Basis akustischer Messungen in Eis
- Entwicklung abbildender Luft-Cherenkov Teleskope für die Messung von Luftschauern an der Eisoberfläche (IceAct)
Aachener IceCube-Gruppe
Internationale Webseite Icecube