Ein internationales Forscherteam hat mehr als 600 neue Sensoren für das Neutrino-Observatorium IceCube am Südpol installiert, heißt es in einer Pressemitteilung der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). An dem Projekt beteiligten sich Wissenschaftler der FAU. Die Installation fand im antarktischen Sommer Ende vergangenen Jahres statt. Das IceCube-Observatorium nutzt die Eisschicht der Antarktis, um Neutrinos nachzuweisen. Diese Teilchen sind nahezu masselos, tragen keine elektrische Ladung und interagieren nur selten mit Materie.

Neutrinos entstehen bei verschiedenen Arten von Kernreaktionen. Wenn sie mit Materie interagieren, entsteht ein kurzer Lichtblitz. Photomultiplierröhren verstärken das Licht zu elektrischen Signalen, die erfasst werden können. Die neuen Sensoren heißen mDOMs und sind etwas größer als ein Basketball. Deutsche Universitäten entwickelten sie gemeinsam. Neben der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg waren die Universitäten Münster, Aachen, Wuppertal, Mainz, Dortmund und Karlsruhe sowie DESY beteiligt.

Erlanger Forscher entwickeln Laser-System zur präzisen Neutrino-Messung im antarktischen Eis

Die Sensoren sind wie Perlen an einer Halskette durch ein Kabel miteinander verbunden. Diese Strings bestehen aus mehr als 100 Bauelementen und werden in 2600 Meter tiefen Bohrlöchern im antarktischen Eis versenkt. Der Eispanzer der Antarktis besteht aus Schichten von Schnee, der sich über rund 100.000 Jahre abgelagert und verdichtet hat. In diesen Schichten ist Staub aus der Atmosphäre eingeschlossen, der Licht ablenken kann. Dieses Phänomen erschwert es, die Herkunft und Energie der Neutrinos zu bestimmen.

Neutrino-Sichtungen sind seltene Ereignisse, die nur einige Dutzend bis 100 Male pro Jahr stattfinden. Das Team der Friedrich-Alexander-Universität unter Leitung von Professor Claudio Kopper vom Erlangen Centre for Astroparticle Physics entwickelte eine Lösung für dieses Problem. Doktorandin Anna Eimer entwickelte den LOMlogger. Diese Hardware-Komponente kartographiert die Eisschichtung mithilfe eines ins Eis leuchtenden Lasers und eines Sensormoduls, welches die Intensität an zurückgestreutem Licht aufzeichnet.

Ein verbessertes Verständnis der optischen Eigenschaften des Gletschereises ermöglicht es, Richtung und Energie der Teilchen präziser zu rekonstruieren. Das Erlanger Team war bei der Installation nicht vor Ort. Martin Rongen kennt die Bedingungen am Südpol von früheren Besuchen. Ein Arbeitsaufenthalt am Südpol hat einen besonderen Expeditionscharakter. Dazu gehören die Materialausstattung in Christchurch, die Anreise mit US-amerikanischen Militärtransportflugzeugen, die Unwirtlichkeit der Eiswüste des antarktischen Hochplateaus und die vollständige Helligkeit in den verfügbaren Arbeitsmonaten.

Die aktuellen Arbeiten sind Teil des IceCube-Upgrades. Es soll präzisere Messungen der Eigenschaften von Neutrinos ermöglichen, beispielsweise Neutrinooszillationen. Oszillationen sind ein Phänomen, bei dem sich atmosphärische Neutrinos in verschiedene Typen verwandeln können. Es gibt drei Typen: Elektron, Myon und Tau. Das Upgrade dient als Sprungbrett für das nächste Experiment am Südpol: IceCube-Gen2. Das IceCube-Neutrino-Observatorium ist ein internationales Konsortium unter der Leitung der US-amerikanischen National Science Foundation und der Universität von Wisconsin-Madison.