New Tools for New Science: Realizing the Full Discovery Potential of the IceCube Neutrino Observatory
Funding source: Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)
Period: 1/1/11 - 12/31/14
Funding: 3804000 SEK
Description:
IceCube: Att öppna ett nytt fönster mot universum vid sydpolen Det gångna århundradet har sett en närmast ofattbar utveckling av våra insikter om universum. Dessa framsteg har sin grund i utvecklingen av allt mer kraftfulla verktyg för att observera kosmos. Hittills har det som observerats nästan uteslutande varit ljus i en eller annan form. Synligt ljus till att börja med, men gradvis hela det elektromagnetiska spektrumet: radio- och mikrovågor, infrarött, synligt och ultraviolett ljus, röntgen och gammastrålning. Var och en av dessa våglängdsområden visar en aspekt av universum och bidrar till att göra vår bild av det mer fullständig. Varje gång ett nytt sådant fönster har öppnats har man gjort oväntade och spektakulära upptäckter, från vilt spinnande neutronstjärnor till svarta hål, avlägsna gammablixtar och till och med ljuset som sändes ut i själva den stora smällen, "the Big Bang". Vi tror att vi nu står på tröskelns för att öppna ett nytt fönster mot universum, ett som för första gången utnyttjar något annat än ljus. Genom universum strömmar inte bara mängder av fotoner (ljuspartiklar), utan också mera spöklika partiklar som kallas neutriner. De skapas som en biprodukt i kärnreaktionerna i stjärnors inre, men också när protoner eller neutroner med hög energi kolliderar med något. När de väl skapats växelverkar de knappast alls med materia. Nästan alla som når jorden passerar rakt igenom den, som om den inte funnits där. Endast en extremt liten andel kommer att kollidera med en atom. När det händer frigörs energin som funnits lagrad i neutrinon sedan den skapades, och en skur av subatomära partiklar bildas, varav några kan färdas flera kilometer genom underjorden innan de förlorar sin energi. Eftersom neutrinon inte kan observeras direkt är det dessa snabba partiklar, myoner, som bildas i neutrinoreaktioner som vi strävar efter att detektera. Nästa år, efter sex års konstruktionsarbete, kommer neutrino-observatoriet IceCube vid den geografiska sydpolen att vara färdigbyggt. Det antarktiska istäcket vid sydpolen är nästan 3 km tjockt, och i mörkret som råder djupt under ytan är isen extremt klar. När det sällsynta händer, och en högenergetisk neutrino som passerar reagerar med en atom i isen, kommer myonen som bildas att sända ut ett blekt blått ljus där den rusar genom isen. Detta spår av blått ljus är vad IceCube-detektorn är byggd för att observera. Utmaningen ligger i att sådana neutriner med hög energi reagerar så sällan, även om de är många. Därför måste man övervaka så mycket is som möjligt: Över 5000 ljusdetektormoduler har placerats ut i en volym med en sida som är ungefär en kilometer, och som sträcker sig ned till ett djup av 2,5 km. Varifrån i rymden kan sådana neutriner komma, och vad kan de säga oss? Eftersom omgivningen är så extrem där de bildas kan de hjälpa oss att studera fysiken under förhållanden som inte kan återskapas i laboratoriet. Den kosmiska strålningens ursprung är okänt än idag, trots att det var nästan 100 år sedan den upptäcktes. Det finns dock astronomiska objekt som är sannolika källor, och om man upptäckte neutrinostrålning därifrån skulle en viktig fråga ha besvarats. Bland de misstänkta objekten finns mystiska materiestrålar med enorm energi som ses slungas ut från svarta hål när omgivande materia virvlar in i dem. Observationer av neutriner från sådana objekt skulle ge en ny bild av hur ett svart hål växelverkar med materien i sin omgivning. Neutriner kan också passera ut från områden med hög täthet där ljuset absorberas, och de skulle därmed kunna visa oss de dolda processerna i stjärnors inre och i supernovaexplosioner. Men det mest spännande och intressanta vore att upptäcka neutrinostrålning från objekt där den inte förväntats. "Vänta dig det oväntade!" är fortfarande en god regel inom astronomin. När IceCube nu börjar söka efter neutriner från skyn är det största hoppet att ett nytt astronomiskt fönster ska öppnas genom upptäckten av något som ingen ens tänkt på att leta efter.
|
