Jégkocka

Az IceCube fúróállomása 2009 decemberében

Az IceCube Neutrino Obszervatórium (vagy egyszerűen IceCube ) egy nagy energiájú neutrino obszervatórium , amely az antarktiszi Amundsen-Scott Déli-sark állomás része.

2010 óta, a térfogat 1 km 3 High Energy - neutrínók regisztrált mikor reagálnak összetevői a jég. Ez azért történik, mert a gyors elektronok , müonok vagy tauons generált a jég oka Cserenkov-sugárzás , amely kimutatható a nagyérzékenységű optikai érzékelők ( fotomultiplierek ). A tudósok remélik, hogy az IceCube ismereteket ad nekik a töltött kozmikus sugarak forrásairól , amelyekben a neutrínók is keletkeznek.

történelem

Az alkalmazott elvet már használták az AMANDA projektben (Antarktisz Muon és Neutrino Detektor Array), és 1997 óta szolgáltatta ott az adatokat. 2009. május 11-én az AMANDA-t a terveknek megfelelően leállították. A siker miatt jóváhagyták az IceCube projekt forrásait. Az IceCube 2010. december 18-án készült el majdnem hat év építkezés és egy évtizedes felkészülés után. Az első tudományos eredményeket már elértük az IceCube első terjeszkedési szakaszaival, az AMANDA-val közösen. Az eddigi legfontosabb tudományos eredmény a nagyenergiájú kozmikus neutrino-sugárzás első megfigyelése 2013-ban.

A fő nyomozó Francis Halzen .

A Nemzeti Tudományos Alapítvány 2019. június 25-én jóváhagyta a bővítés finanszírozását. A meglévő 5160 érzékelőt hét kábelszálon több mint 700 optikai modullal kell kiegészíteni az Antarktisz 2022/23 nyarán. A Helmholtz Centers DESY és a Karlsruhe Műszaki Intézet (KIT) 430 új optikai modul építését támogatja, összesen 5,7 millió euróval. Ennek a terjeszkedésnek nemcsak az obszervatórium érzékenységét kell növelnie, hanem csökkentenie kell azt az energiaküszöböt is, amely felett a neutrínók kimutathatók.

technológia

Az egyik több mint 5000 fényt fogadó próbák ( digitális optikai modul , DOM rövid) 25 cm-es photomultiplier típusú R7081-02 a fotokatódot az is látható, az alsó féltekén

Az IceCube jelenleg 86 kábelköteggel rendelkezik, összesen 5160 érzékelővel, amelyek észlelik, felerősítik és digitalizálják a cseronovi müonok, elektronok és tauonok nyomait, majd továbbítják őket az Amundsen-Scott Déli-sark állomásra . Az AMANDA 677 modulját néhány IceCube elemzés során felhasználták. Az alkalmazott fotoelektron-szorzók vételi tartománya 300… 650 nm hullámhossz, maximális érzékenység a fényspektrum kék végén, kvantumhozam 25% és 10… 50 milliószoros másodlagos elektronerősítés. Figyelemre méltó a nagy, nagyjából félgömb alakú, 550 cm 2 -es katódterület , amely kitölti a futball méretű nyomásálló üvegérzékelő házának alsó részét.

A kábeleket és az érzékelőket forró vízzel fúrt lyukakba süllyesztik, amelyek aztán újra átfagynak; az érzékelőket 1450 és 2450 méter közötti mélységben helyezik el, ahol az óriási nyomás olyan mértékben összenyomja az összes zavaró légbuborékot, hogy már nem játszik szerepet a fény terjedésében.

funkcionalitás

A müonok kimutatása a legalkalmasabb a neutrínók irányának meghatározására . A müon-neutrino és egy molekula rendkívül ritka ütközése miatt a neutrino átalakul muonná. A müon folytatja a neutrino nyomát, felszabadítva a kék fény kúpját, a Cserenkov-sugárzást. Ezt a nagyon gyenge fénysugárzást a fényszorozók mérhető elektromos impulzusokká alakítják . A fény megérkezési ideje az egyes érzékelőkhöz felhasználható arra, hogy kiszámítsa az irányt, ahonnan a neutrino érkezett.

A neutrin teleszkópok, például az IceCube is felfedezhetik a szupernóvákat, vagy hozzájárulhatnak a sötét anyag detektálásához . Irányított sugárzás (úgynevezett gammasugár ), amely z. B. a spirális galaxis közepén lévő fekete lyukak játszanak szerepet. Ebben a tekintetben a létesítmény és a „nyírás” kifejezett példája a nagy energiájú fizika és az asztrofizika közötti gyorsan fejlődő együttműködésnek . A töltött kozmikus sugarakkal ellentétben a nagy energiájú neutrínókat nem térítik el a kozmikus mágneses mezők, és az anyag alig veszi fel őket, de valószínűleg ezekhez hasonló eseményekből származnak; ezért adhatnak nyomokat a nagy energiájú kozmikus sugarak forrásaihoz.

A jégben található neutrino detektor mellett az IceCube rendelkezik egy 1 km 2 felületmérő mezővel, az úgynevezett IceTop-tal . Ez áll a 162 víz Cserenkov detektorok, hogy az intézkedés zuhanyzók a kozmikus sugárzás. A következő években az IceTop fejlesztése szcintillációs detektorok és rádióantennák hozzáadásával történik.

Tudományos sikerek

2013 júniusában az IceCube együttműködés közzétette az első eredményeket, amelyek a neutrínók nem földi áramlását (extragalaktikus, kozmikus neutrínók ) jelezték . Két neutrino eseményt találtak, túl kevés ahhoz, hogy statisztikailag szignifikáns megállapítást tegyenek . 2013 novemberében az együttműködés a Science folyóiratban közzétette a nyomon követési mérést , amelyet a nem földi (kozmikus) neutrínók bizonyítékának tekintenek. Erre a sikerre a Physics World magazin elnyerte az „Év áttörése” díjat 2013-ban. Néhány neutrínónak nagyon magas energiája volt, sokkal magasabb, mint amit földi kísérletekkel lehet elérni. Amint arról a Science beszámolt, amikor az adatokat 2010 májusától 2012 májusáig elemezték, 28 eseményt különítettek el, amelyek 30 TeV és 1200 TeV közötti nagy energiájú neutrínókból származnak. Ezek és a következő évben összegyűjtött adatok között szerepeltek az addig legnagyobb energiájú neutrínók is, amelyek energiája 1000 (Bert nevű, mint a többi eseményben a Szezám utca alakjai után), 1100 (Ernie nevű) és 2200 TeV energiával rendelkezik. (2012. december 4., Big Bird néven). 2014. június 11-én még magasabb energiájú neutrino eseményt találtak (2600 TeV). 2016 majdnem egy éve tartó 2012 nyarán volt Blazar járvány a galaxisban PKS 1424-418 B mint valószínű forrása Big Bird azonosított összehasonlítása a megfigyelések a gamma-űrtávcső Fermi és a rádióteleszkóp projekt Tanami.

Más távcsövekkel együttműködve az IceCube 2018-ban tudta először bizonyítani a nagy energiájú neutrino (290 TeV) eredetét. A Blazar TXS 0506 + 056, egy aktív galaxismagot valószínűsített forrásként azonosították. Valószínűleg kozmikus sugarak forrása is (nagy energiájú protonokból). Ezenkívül egy 2019. október 1-jén regisztrált neutrínót rendelhettek egy úgynevezett árapály-megszakítási eseményhez , amelyet 2019 áprilisában figyeltek meg egy 700 millió fényévnyire lévő galaxisban, a palomari obszervatóriumban .

Finanszírozás és együttműködés

A mintegy 270 millió dolláros neutrino detektor teljes költsége főleg az NSF amerikai tudományos alapítványtól származik . A projektet nagyrészt svéd , belga , német , nagy-britanniai , japán és holland egyetemek és intézetek társfinanszírozták. A Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium és a DFG támogatta az obszervatórium felépítését.

Az IceCube csapata tizenkét ország 48 kutatóintézetének mintegy 300 tudósából áll, akik folyamatosan működtetik és fejlesztik a detektort. Az IceCube programot finanszírozó országok kutatói mellett Ausztrália , Dánia , Új-Zéland , Kanada , Japán , Svájc és Dél-Korea tudósai is részt vesznek a műveletben és az adatok elemzésében. Németországból a német DESY elektronszinkrotron , az RWTH Aachen , a Berlin Berlin , a RU Bochum , a TU Dortmund , a FAU Erlangen-Nürnberg , a JGU Mainz , a TU München , a WWU Münster és a BU Wuppertal , valamint a Karlsruhe Műszaki Intézet vesz részt.

Lásd még

irodalom

  • Francis Halzen : Semleges vadászat a világ végén . Spectrum of Science, 2016. május, 34–40.
  • Mark Bowen: A jég teleszkópja - új csillagászatot talál ki a Déli-sarkon. St. Martins Press, New York 2017, ISBN 9781137280084 .

web Linkek

Commons : IceCube  - képek, videók és hangfájlok gyűjteménye

Egyéni bizonyíték

  1. ↑ DESY Hírek: Az IceCube neutrino obszervatórium bővül a Déli-sarkon. Letöltve: 2019. július 17 .
  2. ^ Az NSF középkategóriás díja az IceCube első kiterjesztését jelentette. Letöltve: 2019. július 18 .
  3. ↑ a b https://icecube.wisc.edu/~kitamura/NK/PMT/031112%20R7081-02%20data%20sheet.pdf adatlap az R7081-02 PMT-től a Hamamatsu-tól
  4. ↑ Rickard Ström: Az IceCube magyarázata. ( Az eredeti emléke 2015. január 17-től az Internet Archívumban ) Információ: Az archív linket automatikusan beillesztették, és még nem ellenőrizték. Kérjük, ellenőrizze az eredeti és az archív linket az utasításoknak megfelelően, majd távolítsa el ezt az értesítést. Fizikai és Csillagászati ​​Tanszék, Uppsala Universitet, 2011. december 13., hozzáférés: 2013. június 30. @ 1@ 2Sablon: Webachiv / IABot / www.physics.uu.se
  5. ↑ A. Haungs az IceCube együttműködéshez, az IceCube felület detektor tömb szcintillátorához és rádiójavításához, EPJ Web Conf., 210, 2019, 08009. [1]
  6. ↑ Kozmikus neutrínók , minden dolog, neutrínó, Fermilab
  7. ↑ IceCube együttműködés A PeV-energia neutrínók első megfigyelése IceCube-szal
  8. ↑ IceCube együttműködés: bizonyíték a nagy energiájú földönkívüli neutrínókra a IceCube Detector Science publikációban, 2013. november 22.
  9. ↑ IceCube együttműködés "Az IceCube elnyerte az Év 2013-as áttörését"
  10. ↑ IceCube Collaboration (MG Aartsen et al.): Evidence for High Energy Extraterrestrial Neutrinos at IceCube Detector, Science, 342. évfolyam, 2013, 6161., 1242856. Kiadvány, absztrakt
  11. ↑ IceCube jelentés a tudományos cikkről
  12. ↑ Az IceCube a legmagasabb energiájú neutrínót látja , Symmetry Magazine, 2015. április 8
  13. ↑ A legnagyobb energiájú neutrino eseménynézete, amelyet IceCube észlelt, Cern Courier, 2016. szeptember 25
  14. ↑ M. Kadler és mtsai. A nagyfluenzás blazárkitörés egybeesése PeV-energiájú neutrino-eseménnyel, Nature Physics, 2016. évfolyam, 12. kötet, 807–814. Bűncselekmény déli sark: gyanús blazar a "neutrino" esetében megállapítva, Würzburgi Egyetem  (az oldal már nem elérhető , keresés az internetes archívumokban )  Információ: A linket automatikusan hibásként jelölték meg. Kérjük, ellenőrizze a linket az utasításoknak megfelelően, majd távolítsa el ezt az értesítést.@ 1@ 2Sablon: Toter Link / www.uni-wuerzburg.de  
  15. ↑ Martin Holland: Az első alkalommal lokalizált nagy energiájú neutrínók forrása , heise online, 2018. július 12
  16. ↑ Csillagászat: ismert eredetű neutrino. Letöltve: 2021. február 24 .

Koordináták: 89 ° 59 ′ 24 ″  D , 63 ° 27 ′ 11 ″  NY