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DESY News: Erste Sensoren für IceCube Upgrade unterwegs in die Antarktis

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02.09.2024
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Erste Sensoren für IceCube Upgrade unterwegs in die Antarktis

Größter Neutrinodetektor der Welt wird ausgebaut

Die Erweiterung des Neutrinoteleskops IceCube hat mit der Verschiffung der ersten 128 bei DESY gebauten Sensoren in Richtung Antarktis einen wichtigen Meilenstein erreicht. Der IceCube-Detektor besteht aus über 5000 Lichtsensoren, sogenannten Digitalen Optischen Modulen (DOM) die an 86 Kabeltrossen bis zu 2500m tief im Eis des Südpols eingeschmolzen sind, und ist mit einem Messvolumen von rund einem Kubikkilometer das größte Neutrinoteleskop der Welt. Seit seiner Fertigstellung im Jahr 2010 hat IceCube hochenergetische Neutrinos aus kosmischen Beschleunigern wie aktiven Galaxienkernen und aus unserer Milchstraße entdeckt. Die Teilchen waren bis zu 100-mal energiereicher als die Protonen im Large Hadron Collider, dem größten Beschleuniger der Welt.

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Zeuthener Mechaniker montieren die mDOMs unter Reinraumbedingungen. Foto: DESY, Matthias Schust
Im antarktischen Sommer 2025/26 installiert die internationale IceCube-Kollaboration das IceCube Upgrade, eine Erweiterung des Detektors. Sieben neue Kabel mit über 700 optischen Sensoren werden dicht platziert im Zentrum von IceCube ihren Platz finden. Sie erweitern die Empfindlichkeit des Forschungs-Eiswürfels und werden es erlauben, die Eigenschaften von Neutrinos niedriger Energie, die in unserer Atmosphäre erzeugt werden, mit höchster Genauigkeit zu messen. Neue Geräte zur Kalibrierung werden außerdem die Empfindlichkeit von IceCube für kosmische Neutrinos weiter verbessern.

DESY ist – wie auch am Detektor selbst – maßgeblich am IceCube Upgrade-Projekt beteiligt. Zusammen mit deutschen Universitätsgruppen entwickelten die Forschenden in Zeuthen einen der beiden Sensortypen für das Upgrade: das multi-PMT Digitial Optical Module (mDOM). „Wir sind sehr erfreut über den erfolgreichen Verlauf des Upgrade-Projekts – von der Entwicklung, über die Produktion bis hin zum jetzigen Versand der ersten Module“, sagt Christian Stegmann, DESY-Direktor für den Bereich Astroteilchenphysik.

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Die für das IceCube-Upgrade neu entwickelten mDOMs können mit ihren 24 Lichtsensoren in alle Richtungen schauen. Foto: Susann Niedworok
Im Gegensatz zu den bisher bei IceCube eingesetzten DOMs kann das mDOM mit seinen 24 Photomultipliern (PMTs) als lichtsensitive Elemente in alle Richtungen beobachten. Mehr als 400 mDOMs werden zurzeit bei DESY in Zeuthen und an der Michigan State University in den USA gefertigt. Bevor sie dann in den Süden verschifft und im ewigen Eis der Antarktis eingeschmolzen werden, werden alle mDOMs für drei Wochen in einem Gefriercontainer bei einer Temperatur von minus 40 Grad Celsius betrieben, um sicherzustellen, dass sie für mindestens 10 Jahre für den Einsatz im Detektor geeignet sind.

Nach mehrjähriger Entwicklungszeit und zwei Jahren Bauzeit wurde Mitte August die erste Lieferung von 128 mDOMs von Zeuthen aus in Richtung Antarktis versendet. „Damit ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu IceCube Upgrade erreicht. Das gesamte mDOM-Team freut sich jetzt schon auf die ersten mit mDOMs gemessenen Neutrinos“, sagt Timo Karg, der bei DESY die Arbeiten zum IceCube Upgrade leitet. Die mDOMs werden per Schiff bis Neuseeland reisen und von dort per Flugzeug zum Südpol transportiert werden. Dort werden sie im kommenden Dezember und Januar, im antarktischen Sommer, von DESYanerinnen und DESYanern getestet, um dann für die Installation im Eis ein Jahr später bereit zu sein.

 





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