11. juli 2019

Opgradering af en videnskabelig isterning

Neutrinoforskning:

IceCube Neutrino Observatoriet i Antarktis får snart en betragtelig opgradering. Observatoriet består af 5160 sensorer, som er placeret i en terning af is på 1x1x1 km under den geografiske sydpol. Formålet med den enorme installation er at detektere neutrinoer, som også kaldes ”universets spøgelsespartikler”. IceCube opgraderingen kommer til at tilføje syv nye strenge med optiske moduler til de eksisterende 86 strenge. Det giver en tilvækst på mere end 700 nye, forbedrede, optiske moduler til de sensorer, der allerede er placeret i isen. Forskningen i neutrinoer er et forholdsvis nyt forskningsfelt ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, og ledes her af lektor Jason Koskinen.

Illustration af IceCube laboratoriet under Sydpolen. Sensorerne, som detekterer neutrinoer, er fastgjort til de strenge, der er sænket ned i isen. Opgraderingen kommer til at finde sted i Deep Core området. Illustration: IceCube/NSF

Opgraderingen er nødvendig for udviklingen af et nyt forskningsfelt

”Den nuværende IceCube detektor giver os førende resultater i astrofysik og partikelfysik allerede, særligt indenfor målinger af neutrino oscillationer. Neutrino-oscillation betyder, at neutrinopartikler kan ændre sig og skifte egenskaber, så de faktisk bliver til en andre typer neutrinoer. Gennem en stor international indsats kommer den nye detektor til at betyde et kæmpe skridt fremad i vores mulighed for at forstå neutrinoernes fundamentale egenskaber, på måder som intet andet projekt i verden kan gøre, som det er nu”, siger Jason Koskinen, lektor og leder af den lokale IceCube forskningsgruppe ved Niels Bohr Institutet.

Svag interaktion er nøglen til ren information

Neutrinoer kaldes af og til for ”spøgelsespartikler”, pga. deres evne til at passere gennem stof og rum over galaktiske afstande, uden at have nogen kollisioner overhovedet. Denne spøgelsesopførsel er begrundet i deres meget svage  interaktion med andet stof. Ikke desto mindre, når neutrinoer interagerer med andre partikler i eller nær IceCube detektoren, skaber de sekundære partikler, som passerer gennem detektoren ved så høje hastigheder, at de udsender et svagt, blåt lys – kaldet Cherenkov lys – som kan måles og identificere retning og energi hos den oprindelige neutrino. Afhængigt af lysmønstret kan IceCube forskerne også identificere forskellige typer af neutrinoer.

Neutrino oscillationer – skabelsen af et nyt neutrino-syn

Det primære mål for denne første IceCube udvidelse er at udvide den kubikkilometer store detektor for at opnå højere præcision i studiet af neutrinoernes oscillationsegenskaber. Hvis vi kender neutrinoernes egenskaber og opførsel, kan de give os ny indsigt i astrofysiske begivenheder eller i vores egen atmosfære. Neutrinoer, tolket korrekt, indeholder ren information, idet de farer gennem rummet uden at blive påvirket af omgivelserne.

På denne måde bliver vi måske i stand til at ”se” astrofysiske begivenheder, som ikke udsender lys. Og selv hvis de gør, hvis vi lærer at læse de neutrinoer en begivenhed udsender, ville det være ligesom at finde nøglen til et låst skab med ny information. Forskerne ville måske kunne se langt ind i regioner af universet, hvorfra kun neutrinoer eller tyngdebølger kommer ud. Over kosmiske distancer er dette nye ”neutrino-syn” influeret af, hvilken type neutrino, som ankommer til Jorden, hvilket igen styres af neutrino oscillation.

IceCube observatoriet har allerede nu overgået forventningerne angående præcision til dets detektorer, og den nye opgradering vil gøre det til en endnu mere potent forskningsfacilitet i fremtiden.

Yderligere information (engelsk):

https://icecube.nbi.ku.dk/

https://icecube.nbi.ku.dk/nsf-awards-funding-for-the-icecube-upgrade/