IceCube : een detector voor de observatie van neutrino’s op de Zuidpool

14.01.13

Sinds 2000 draagt het FWO bij tot het internationaal onderzoeksproject IceCube op Antarctica, waarbij een veertigtal universiteiten uit de VS, Europa, Japan, Australië en Nieuw-Zeeland betrokken zijn. Vlaamse wetenschappers van de VUB en de UGent voeren er onderzoek uit naar neutrino’s, neutrale deeltjes met een zeer geringe massa die de aarde in grote hoeveelheden bombarderen. Icecube is de grootste neutrinodetector ter wereld.

Onderzoek van neutrino’s uit de ruimte

De doelstelling van de internationale IceCube collaboratie is het onderzoek van neutrino’s die ons bereiken van buiten de atmosfeer. Dankzij hun interactie in het ijs of de onderliggende rotsbodem laten ze een lichtspoor na dat opgemeten wordt met ingenieus ontwikkelde lichtsensoren. Sommige neutrino’s hebben een energie die veel hoger is dan wat bereikt kan worden met deeltjesversnellers in laboratoria, zoals de LHC versneller in CERN. Hun lichtspoor vult bijna de hele detector.

Image001

De vlaamse wetenschappers hebben zich gespecialiseerd in enkele onderzoeksdomeinen: onderzoek van neutrino’s uitgestraald door Gamma Ray Bursts (GRBs);zoektocht naar neutrinosignalen van de zgn. donkere materie; onderzoek van tau-neutrino’s.

Een detector in het ijs op de Zuidpool

Om het lichtspoor van neutrino’s op te meten werden een 5000-tal lichtsensoren neergelaten tot op ca 2,5 km diepte in het ijs nabij de geografische Zuidpool. De sensoren, fotonvermenigvuldigers met elk een ingebouwde computer, hangen aan 86 vertilale kabels verspreid over een ijsvolume van ongeveer 1 kubieke km. De lichtsignalen worden in het ijs omgezet naar digitaal formaat met behulp van deze 5000 computers die de informatie naar de controlekamer aan de oppervlakte sturen.

Image002Image003

Het IceCube instrument werd in stappen gebouwd, tussen 2005 en 2010, telkens tijdens de zuidelijke zomer wanneer de Zuidpool toegankelijk is. Het FWO heeft een deel van de sensoren gefinancierd, en ondersteunde de deelname van de vlaamse vorsers aan de verschillende installatiecampagnes.

 

De hemel gezien door een ‘neutrinobril’

De gegevens worden verzameld en gefilterd in de controlekamer gevestigd in het Amundsen Scott South Pole Station, en nadien via satelliet verzonden naar de universiteit van Madison (Wisconsin, VS), het zenuwcentrum van IceCube, waar ze beschikbaar zijn voor de hele collaboratie. Uit het lichtpatroon bepaalt men de richting van de geobserveerde neutrino’s en plaatst deze op een hemelkaart als zwarte punten. Een statistische analyse laat toe om te zoeken naar concentraties, ‘hot spots’, die zouden wijzen naar astrofysische bronnen van neutrino’s. Een significante concentratie van neutrino’s in een bepaalde richting zal een grensverleggende ontdekking betekenen.

Image006

Contact

Prof. Catherine De Clercq, Vrije Universiteit Brussel, catherine.de.clercq@vub.ac.be (donkere materie)

Prof. Nick van Eijndhoven, Vrije Universiteit Brussel, nick.van.eijndhoven@vub.ac.be (GRBs)

Prof. Dirk Ryckbosch, Universiteit Gent, dirk@inwfsun1.Ugent.be (tau neutrino’s)

Links

IceCube : http://icecube.wisc.edu/

VUB onderzoeksgroep  : http://w3.iihe.ac.be/

UGent onderzoeksgroep : http://inwfsun1.ugent.be/frt.php