Kostka ledu

Vrtná stanice pro IceCube v prosinci 2009

IceCube Neutrino Observatory (nebo jednoduše IceCube ) je vysokoenergetická observatoř neutrin, která je součástí stanice jižního pólu Amundsen-Scott v Antarktidě.

Od roku 2010, v objemu 1 km 3 High Energy - byla zaregistrována neutrina, když reagují se složkami ledu. Stává se to proto, že rychlé elektrony , miony nebo tauony generované v ledu způsobují Čerenkovovo záření , které je detekováno vysoce citlivými optickými senzory ( fotonásobiče ). Vědci doufají, že jim IceCube poskytne znalosti o zdrojích nabitých kosmických paprsků , ve kterých jsou také generována neutrina.

Dějiny

Použitý princip byl již použit v projektu AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector Array) a poskytuje tam údaje od roku 1997. 11. května 2009 byla společnost AMANDA odstavena podle plánu. Vzhledem k úspěchu byly schváleny finanční prostředky na projekt IceCube. IceCube byla dokončena 18. prosince 2010 po téměř šesti letech výstavby a desetileté přípravě. První vědecké výsledky již byly dosaženy v prvních fázích rozšiřování IceCube ve společném provozu s AMANDA. Nejdůležitějším vědeckým výsledkem je zatím první pozorování vysokoenergetického kosmického neutrinového záření v roce 2013.

Hlavním vyšetřovatelem je Francis Halzen .

25. června 2019 schválila Národní vědecká nadace financování expanze. Stávající senzory 5160 mají být v antarktickém létě 2022/23 doplněny o více než 700 optických modulů na sedmi kabelových svazcích. Helmholtz Centers DESY a Karlsruhe Institute of Technology (KIT) podporují výstavbu 430 nových optických modulů v celkové výši 5,7 milionu eur. Tato expanze by měla nejen zvýšit citlivost observatoře, ale také snížit energetický práh, nad kterým mohou být detekována neutrina.

technologie

Jedna z více než 5 000 sond pro příjem světla ( zkráceně Digital Optical Module , DOM) s 25 cm fotonásobičem typu R7081-02, jehož fotokatodu lze vidět na spodní polokouli

IceCube má v současné době 86 kabelových svazků s celkem 5160 senzory, které detekují, zesilují a digitalizují čerenkovské stopy mionů, elektronů a tauonů a poté je předávají na stanici jižního pólu Amundsen-Scott . 677 modulů od společnosti AMANDA bylo použito v některých analýzách IceCube. Použité fotoelektronové multiplikátory mají rozsah příjmu vlnové délky 300… 650 nm s maximální citlivostí na modrém konci světelného spektra, kvantový výtěžek 25% a 10… 50 milionů násobné zesílení sekundárního elektronu. Pozoruhodná je velká, zhruba polokulovitá katodová plocha o velikosti 550 cm 2 , která vyplňuje spodní část krytu senzoru odolného proti tlaku ze skla.

Kabely a detektory jsou zapuštěny do otvorů vyvrtaných horkou vodou, které pak znovu zamrznou; senzory jsou umístěny v hloubkách mezi 1450 a 2450 metry, kde enormní tlak stlačuje všechny rušivé vzduchové bubliny do té míry, že již nehrají roli v šíření světla.

funkčnost

Detekce mionů je nejvhodnější pro určení směru neutrin. Extrémně vzácná srážka mionového neutrina s molekulou způsobí, že se neutrino přemění na mion. Mion pokračuje ve stopě neutrin a uvolňuje kužel modrého světla, Čerenkovovo záření. Toto velmi slabé světelné záření je fotonásobiči přeměněno na měřitelné elektrické impulsy. Doby příjezdu světla na jednotlivé senzory lze použít k výpočtu směru, ze kterého neutrino přišlo.

Neutrinové dalekohledy, jako je IceCube, mohou také objevovat supernovy nebo přispívat k detekci temné hmoty . Směrované radiační záblesky (tzv. Záblesky gama záření ), které z. B. černé díry ve středu spirální galaxie hrají roli. V tomto ohledu jsou zařízení a „ozdoby“ výslovným příkladem rychle se rozvíjející spolupráce mezi fyzikou vysokých energií a astrofyzikou . Na rozdíl od nabitých kosmických paprsků nejsou vysokoenergetická neutrina odkloněna kosmickými magnetickými poli a jsou těžko absorbována hmotou, ale pravděpodobně pocházejí z podobných událostí; mohou proto poskytnout vodítka ke zdrojům vysokoenergetických kosmických paprsků.

Kromě detektoru neutrin v ledu má IceCube také 1 km 2 povrchové měřící pole zvané IceTop . Skládá se ze 162 vodních Čerenkovových detektorů, které měří vzduchové sprchy kosmických paprsků. V příštích několika letech bude IceTop vylepšen přidáním scintilačních detektorů a rádiových antén.

Vědecké úspěchy

V červnu 2013 zveřejnila spolupráce IceCube první výsledky, které naznačovaly mimozemský tok neutrin (extragalaktický, kosmická neutrina ). Byly nalezeny dvě neutrinové události, příliš málo na to, aby bylo možné učinit statisticky významné prohlášení. V listopadu 2013 zveřejnila spolupráce následné měření v časopise Science , který je považován za důkaz mimozemských (kosmických) neutrin. Za tento úspěch časopis Physics World udělil cenu „Průlom roku“ za rok 2013. Některá neutrina měla velmi vysokou energii, mnohem vyšší, než je možné dosáhnout pozemskými experimenty. Jak uvádí Science, při analýze dat od května 2010 do května 2012 bylo izolováno 28 událostí, které pocházely z vysokoenergetických neutrin mezi 30 TeV a 1200 TeV. Mezi nimi a daty shromážděnými v následujícím roce byla také neutrina s do té doby nejvyšší energií, s energiemi 1 000 (nazývaných Bert, jako v ostatních událostech po postavách Sesame Street), 1100 (nazývaných Ernie) a 2200 TeV (4. prosince 2012, s názvem Big Bird). 11. června 2014 byla nalezena událost neutrin s ještě vyšší energií (2600 TeV). 2016 téměř rok trvající od léta 2012 byl blazar vypuknutí v galaxii PKS 1424-418 B jako pravděpodobný zdroj Big Bird identifikované ze srovnání s pozorováním gamma-ray Space Telescope Fermi a radioteleskopu projektu Tanami.

Ve spolupráci s dalšími dalekohledy dokázala IceCube poprvé v roce 2018 prokázat původ vysokoenergetického neutrina (290 TeV). Blazar TXS 0506 + 056, aktivní jádro galaxie, byl identifikován jako pravděpodobný zdroj . Je také pravděpodobným zdrojem kosmického záření (z vysokoenergetických protonů). Kromě toho by neutrino zaregistrované 1. října 2019 mohlo být přiřazeno k takzvané přílivové události , která byla pozorována v dubnu 2019 v galaxii vzdálené 700 milionů světelných let na Palomarské observatoři .

Financování a spolupráce

Celkové náklady na přibližně 270 milionů neutrinových detektorů v dolarech pocházejí hlavně z americké vědecké nadace NSF . Projekt byl z velké části spolufinancován univerzitami a ústavy ve Švédsku , Belgii , Německu , Velké Británii , Japonsku a Nizozemsku . Spolkové ministerstvo školství a výzkumu a DFG podpořila výstavbu observatoře.

Tým IceCube se skládá z přibližně 300 vědců ze 48 výzkumných institucí ve dvanácti zemích, kteří detektor neustále provozují a vyvíjejí. Kromě výzkumníků ze zemí, které financovaly IceCube, se na operaci a analýze dat podílejí také vědci z Austrálie , Dánska , Nového Zélandu , Kanady , Japonska , Švýcarska a Jižní Koreje . Z Německa, německého elektronového synchrotronu DESY , univerzit RWTH Aachen , HU Berlin , RU Bochum , TU Dortmund , FAU Erlangen-Nürnberg , JGU Mainz , TU Mnichov , WWU Münster a BU Wuppertal , stejně jako Karlsruhe Institute of Technology .

Viz také

literatura

  • Francis Halzen : Lov neutrin na konci světa . Spectrum of Science, květen 2016, s. 34–40.
  • Mark Bowen: Dalekohled v ledu - objev nové astronomie na jižním pólu. St. Martins Press, New York 2017, ISBN 9781137280084 .

webové odkazy

Commons : IceCube  - sbírka obrázků, videí a zvukových souborů

Individuální důkazy

  1. ↑ DESY News: Neutrino observatoř IceCube na jižním pólu se rozšiřuje. Citováno 17. července 2019 .
  2. ^ Ocenění NSF ve středním měřítku zahájilo první rozšíření IceCube. Citováno 18. července 2019 .
  3. ↑ a b https://icecube.wisc.edu/~kitamura/NK/PMT/031112%20R7081-02%20data%20sheet.pdf datový list R7081-02 PMT od Hamamatsu
  4. ↑ Rickard Ström: IceCube vysvětlil. ( Memento na originálu z 17.ledna 2015 v Internet Archive ) Info: archiv odkaz se automaticky vloží a dosud nebyl zkontrolován. Zkontrolujte prosím původní a archivovaný odkaz podle pokynů a poté toto oznámení odstraňte. Katedra fyziky a astronomie, Uppsala Universitet, 13. prosince 2011, zpřístupněno 30. června 2013. @ 1@ 2Šablona: Webachiv / IABot / www.physics.uu.se
  5. ↑ A. Haungs pro IceCube Collaboration, Scintillator a Radio Enhancement of the IceCube Surface Detector Array, EPJ Web Conf., 210, 2019, 08009. [1]
  6. ↑ Kosmická neutrina , Všechno neutrinové, Fermilab
  7. ↑ IceCube Collaboration První pozorování neutronů PeV-Energy s IceCube
  8. ↑ Spolupráce IceCube: Důkazy o vysokoenergetických mimozemských neutrinech v publikaci IceCube Detector Science Publication ze dne 22. listopadu 2013
  9. ↑ Spolupráce IceCube „IceCube ocenil Průlom roku 2013“
  10. ↑ IceCube Collaboration (MG Aartsen et al.): Důkazy o vysokoenergetických mimozemských neutrinech na detektoru IceCube, Science, svazek 342, 2013, číslo 6161, 1242856, abstrakt
  11. ↑ Zpráva IceCube o vědeckém článku
  12. ↑ IceCube vidí neutrino s nejvyšší energií, jaké kdy bylo nalezeno , Symmetry Magazine, 8. dubna 2015
  13. ↑ Pohled na událost s nejvyšším energetickým neutrinem zjištěným společností IceCube, Cern Courier, 25. září 2016
  14. ↑ M. Kadler a kol., Shoda náhodného výbuchu blazaru s energií neutrina PeV, Nature Physics, svazek 12, 2016, str. 807-814. Místo činu Jižní pól: podezřelý blazar v případě „neutrina“ stanoveno, Univerzita ve Würzburgu  ( stránka již není k dispozici , hledat ve webových archivech )  Info: Odkaz byl automaticky označen jako vadný. Zkontrolujte prosím odkaz podle pokynů a poté toto oznámení odstraňte.@ 1@ 2Šablona: Toter Link / www.uni-wuerzburg.de  
  15. ↑ Martin Holland: Zdroj vysokoenergetických neutrin, který byl poprvé lokalizován , heise online, 12. července 2018
  16. ↑ Astronomie: Neutrino známého původu. Citováno 24. února 2021 .

Souřadnice: 89 ° 59 ′ 24 ″  J , 63 ° 27 ′ 11 ″  W.