IceCube ist ein einzigartiges Experiment. Es ist ein Neutrinoteleskop, das den Eispanzer der Antarktis als Detektormaterial nutzt. Der Detektor in der Nähe der Amundsen-Scott-Südpolstation besitzt eine Fläche von einem Quadratkilometer und reicht bis zu zwei Kilometer in die Tiefe.
Mehr als fünftausend Sensoren, sogenannte optische Module (DOMs), die sich unter der Eisoberfläche befinden, registrieren Signale von Neutrinos. Diese Teilchen kommen aus dem Weltraum und stammen von den Orten, an denen auch kosmische Strahlung entsteht. Kosmische Strahlung besteht hauptsächlich aus sehr hochenergetischen Protonen und schwereren Atomkernen. Seit ihrer Entdeckung 1912 ist ihr genauer Ursprung ein Rätsel.
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Neutrinos sind jedoch nicht die einzigen Teilchen, die sich in IceCube bemerkbar machen. Täglich werden Millionen von Myonen nachgewiesen, die bei der Wechselwirkung von kosmischer Strahlung mit der Atmosphäre entstehen. Ein Myon hat Ähnlichkeiten mit einem Elektron, nur ist es 200-mal schwerer. Auch Neutrinos werden bei diesen Wechselwirkungen in großer Zahl freigesetzt.
Was sieht IceCube?
- 250 Millionen Ereignisse werden täglich registriert, aber nur einige hundert davon stammen tatsächlich von Neutrinos.
- Die meisten der beobachteten Neutrinos entstehen in der Atmosphäre, nur wenige Dutzend pro Jahr kommen von Orten jenseits unseres Sonnensystems.
Video: Why Neutrinos Matter, Ted-Ed Lesson (englisch)
Artikel: IceCube Science, http://student.societyforscience.org/article/icecube-science
Video: IceCube-Neutrino-Observatorium: Animierte Übersicht
Das obige Video stammt von Casey O’Hara. Er nahm 2009 bis 2010 am PolarTREC-Lehrerprogramm von IceCube teil.
Warum Neutrinos?
Neutrinos sind winzige Teilchen, die auf ihrer Reise durch den Weltraum ganze Galaxien und sogar das Innere von Sterne durchqueren können, ohne dabei ihre Richtung oder Geschwindigkeit zu ändern. Sie haben eine sehr kleine Masse, keine Ladung und nehmen nicht an der starken Wechselwirkung teil. Die einzige Kraft, die sie spüren, ist die schwache Wechselwirkung.
Neutrinos sind überall. Einige entstanden bereits in frühen Phasen des Universums, andere haben ihren Ursprung in oder in der Nähe von extremen kosmischen Objekten wie schwarzen Löchern. Auch bei nuklearen Prozessen im Zentrum der Sonne oder der Wechselwirkung von kosmischer Strahlung mit der Erdatmosphäre werden Neutrinos erzeugt.
Neutrinos füllen das gesamte Universum mit über 300 von ihnen pro Quadratzentimeter. Sie sind die zweit-häufigsten Teilchen im Universum und werden nur noch von den Photonen übertrumpft. Milliarden Neutrinos aus der Sonne durchqueren in dieser Sekunde jeden Winkel der Erde und Billionen werden pro Minute durch die kosmische Strahlung in der Atmosphäre erzeugt.
Neutrinos sind sehr schwer nachzuweisen, und das obwohl es Unmengen von ihnen gibt. Weil sie so winzig sind, keine Ladung tragen und nur der schwachen Wechselwirkung unterliegen, laufen sie durch Materie ohne eine Spur zu hinterlassen. Diesen Eigenschaften haben sie den Spitznamen Geisterteilchen zu verdanken.
Neutrinos werden bereits seit über 60 Jahren erforscht, doch mit dem Bau von IceCube wurde die Ära der Neutrinoastronomie eingeläutet. Hochenergetische Neutrinos stellen ideale kosmische Botschafter dar. Sie sind die einzigen Teilchen, die auf geradem Wege von ihrem Ursprung auch aus großer Entfernung und aus dichten Objekten zur Erde gelangen, und es uns so erlauben, die Vorgänge an diesen extremen Orten des Universums zu untersuchen.
IceCube wurde im Dezember 2010 fertig gestellt und hat bereits jetzt Neutrinos mit den höchsten Energien, die je gemessen wurden, beobachtet. Dieser erste Nachweis eines sehr hochenergetischen Neutrinoflusses aus den Tiefen des Raums wurde in der Zeitschrift Science im November 2013 veröffentlicht. Und weitere spannende Entdeckungen warten schon!
Artikel: Cosmic Gall, ein Gedicht über das Neutrino, von John Updike
http://www.symmetrymagazine.org/article/february-2011/deconstruction-cosmic-gall
Artikel: Neutrinos, erklärt in 60 Sekunden
http://www.symmetrymagazine.org/article/april-2010/explain-it-in-60-seconds-neutrino
Video: Neutrinos: Die Geisterteilchen?
