28.02.2005

Neutrinoteleskop am Südpol nimmt Gestalt an
Internationales Projekt IceCube erreicht wichtigen Meilenstein

Beim Aufbau von IceCube, einem Neutrinoteleskop von einem Kubikkilometer Größe im Eis des Südpols, ist ein erster entscheidender Meilenstein erreicht worden: Unter den rauen Arbeitsbedingungen der Antarktis gelang es einem internationalen Team von Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern, darunter Experten der Universität Wuppertal, einen ersten wichtigen Teil des Teleskops im ewigen Eis zu installieren, eine lange Trosse mit 60 optischen Detektoren, die in ein 2,4 Kilometer tiefes Bohrloch im Eis hinuntergelassen wurde. Einmal fertig gestellt, wird das 272 Millionen US-Dollar teuere Teleskop mit insgesamt etwa 70 dieser "Strings" das größte wissenschaftliche Instrument sein, das jemals gebaut wurde. Ziel von IceCube ist es, geisterhafte, hoch energetische Teilchen aus den Tiefen des Weltalls nachzuweisen, so genannte kosmische Neutrinos. Damit wird es den Wissenschaftlern ein neues Fenster zum All eröffnen und ihnen ermöglichen, den geheimnisvollen Ursprüngen der kosmischen Strahlung auf die Spur zu kommen.

IceCube ist ein in internationaler Zusammenarbeit durchgeführtes Projekt, an dem über zwanzig Forschungseinrichtungen aus den USA, Deutschland, Schweden, Belgien, den Niederlande, Großbritannien, Japan und Neuseeland beteiligt sind. Aus Deutschland sind das Deutsche Elektronen-Synchroton (DESY) sowie die Universitäten Berlin, Dortmund, Mainz und Wuppertal beteiligt. Der größte Teil des Teleskops wird von der National Science Foundation (NSF) finanziert, die europäischen Partner tragen insgesamt 30 Millionen US-Dollar bei. Die europäischen Einrichtungen liefern Komponenten im Wert von 10 Millionen Dollar und beteiligen sich damit maßgeblich an den 55 Millionen US-Dollar teuren Detektorkomponenten.

Prof. Dr.
Karl-Heinz Kampert.

In enger Zusammenarbeit stellen die deutschen Partnerinstitute in den nächsten sechs Jahren etwa 1300 der insgesamt 4200 optischen Module her. Einzelkomponenten der Volleyball-großen Glaskugeln, die jeweils einen höchst empfindlichen Lichtdetektor und dessen anspruchsvolle Elektronik umschließen, werden in Wuppertal gefertigt und bei DESY in Zeuthen (bei Berlin) zusammengebaut und getestet. "An der ersten Trosse für IceCube, die Ende Januar erfolgreich in das Eis hinab gelassen wurde, befinden sich bereits acht der in Deutschland produzierten optischen Module", erläutert Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert, Projektleiter an der Universität Wuppertal. Um den "String" zu installieren, musste mit Hilfe eines neuartigen Heißwasserbohrers ein 2,4 Kilometer tiefes Loch in das Eis der Antarktis gebohrt werden. "Die Detektoren frieren dann an Ort und Stelle im Eis ein", erläutert Prof. Dr. Kampert. "Der erste String funktioniert hervorragend, die Daten von der Trosse und den Oberflächentanks werden bereits bis auf die Nordhalbkugel übertragen."

Das Teleskop IceCube nutzt das kristallklare Eis des Südpols, um nach Spuren von hoch energetischen kosmischen Neutrinos zu suchen – geisterhaften Teilchen, die in gewaltigen kosmischen Ereignissen wie beispielsweise kollidierenden Galaxien, entfernten schwarzen Löchern, Quasaren und anderen Phänomenen in den Weiten des Universums erzeugt werden. Die kosmische Strahlung, die größtenteils aus Protonen besteht, wird wahrscheinlich ebenfalls bei solchen Ereignissen produziert. Doch die Protonen werden von den magnetischen Feldern im Weltall abgelenkt, so dass Forscher ihre Bahn nicht bis zum Ursprungsort zurückverfolgen können. Kosmische Neutrinos dagegen können Milliarden Lichtjahre im All zurücklegen, ohne von den Sternen, Galaxien und interstellaren magnetischen Feldern absorbiert oder abgelenkt zu werden. Von dieser Eigenschaft versprechen sich die Wissenschaftler deshalb einzigartige Informationen über das frühe Universum und die gewaltigen Ereignisse, die darin stattfanden. Gerade diese "Geisterhaftigkeit" gestaltet jedoch den Nachweis kosmischer Neutrinos außerordentlich schwierig. Um auch nur einige von ihnen beobachten zu können, sind riesige Detektoren notwendig, die tief unter der Oberfläche aufgebaut werden müssen, damit sie vor störender Hintergrundstrahlung wie Licht oder der normalen kosmischen Strahlung geschützt sind.

Installation von IceCube im ewigen Eis.
Foto: University of Wisconsin-Madison.

Mit seinem Detektorvolumen von einem Kubikkilometer (!) wird IceCube der größte Teilchendetektor sein, der jemals gebaut wurde und alle bestehenden Neutrinodetektoren in den Schatten stellen: IceCube soll 30 Mal größer werden als das Vorgängerteleskop AMANDA ("Antarctic Muon and Neutrino Detector Array"), um das herum er installiert wird, während AMANDA bereits 30-mal größer ist als der berühmte Neutrinodetektor Super-Kamiokande, der in einer japanischen Mine Daten nimmt. Seit 1997 hat AMANDA bereits mehr als 4000 Neutrinos registriert. Bisher enthält die Himmelskarte dieser Neutrinos jedoch keine klaren Hinweise auf Neutrinos extraterrestrischen Ursprungs, so dass angenommen wird, dass die meisten von ihnen aus Kernreaktionen in der Erdatmosphäre stammen.

Die Wissenschaftler hoffen, mit Hilfe von IceCube eindeutige Spuren von Neutrinos aus entfernten kosmischen Ereignissen zu entdecken. Prof. Dr. Kampert: "Die Liste der Ereignisse, die wir mit IceCube zu finden hoffen, ist lang – sie reicht von Neutrinos aus riesigen kosmischen Teilchenbeschleunigern bis hin zu Anzeichen für die dunkle Materie, die unser Universum erfüllt.". "Aber natürlich wünschen wir uns, dass in unserem Fall genau das passiert, was fast jedes Mal geschehen ist, wenn sich ein neues Fenster zur Beobachtung des Weltalls aufgetan hat – dass wir etwas Neues sehen werden, etwas, das wir uns heute noch nicht einmal vorstellen können."

Nachdem das IceCube-Team das gesamte Projekt am Südpol erst aufbauen, die Ausrüstung an der Oberfläche an Ort und Stelle bringen und den leistungsstarken neuen Bohrer testen musste, blieben während des diesjährigen antarktischen Sommers insgesamt nur zwei Wochen Zeit, um das erste Loch ins Eis zu bohren und den ersten String hinab zu lassen. Ziel ist es, im nächsten Jahr während der zur Verfügung stehenden Zeit von etwa der Hälfte der dreimonatigen Sommerperiode die Löcher für zehn oder mehr Strings zu bohren und sie zu installieren.

Kontakt:
Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert, Fachgebiet Hochenergieastrophysik,
Fachbereich C, Mathematik und Naturwissenschaften
Telefon 0202/439-2856, -2640, Fax -2662
E-Mail kampert@uni-wuppertal.de

http://astro.uni-wuppertal.de
www.icecube.wisc.edu/
www.news.wisc.edu/newsphotos/icecube.html

 

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