Von: Dennis L.
IceCube-Neutrino-Observatorium

Bislang energiereichstes Neutrino gemessen

Physikern am IceCube-Neutrino-Observatorium in der Antarktis ist ein Neutrino ins Netz gegangen, dass die bisher höchste gemessene Energie von mindestens 4 bis 5 PeV besaß.

Im IceCube-Neutrino-Observatorium detektierten die Physiker das bislang energiereichste Neutrino.
© University of Wisconsin-Madison

(Antarktis). Mithilfe des IceCube-Neutrino-Observatoriums in der Antarktis ist es Physikern gelungen ein Neutrino zu detektieren, das die höchste jemals gemessene Energie besaß. Die Physiker, bestehend aus einem internationalem Team unter der Leitung von Teresa Montaruli von der Universität Genf, berichteten auf der 34. Internationalen Konferenz zur kosmischen Strahlung in Den Haag (Niederlande) über ihren spektakulären Fund, dessen Ursprung mit hoher Wahrscheinlichkeit der Weltraum ist.

Die Erde ist der kosmischen Strahlung kontinuierlich ausgesetzt. Sie wird von Teilchen bombardiert, dessen Energien bis zu zehn Millionen Mal größer sind, als die höchsten Energien die wir auf der Erde erzeugen können. Obwohl die vorwiegend aus Atomkernen bestehende kosmische Strahlung schon vor über 100 Jahren entdeckt wurde, so sind die kosmischen Quellen dieser Teilchen in vielen Fällen noch ein Rätsel. Das IceCube-Neutrino-Observatorium ist nur eine von vielen Forschungseinrichtungen, die eine Lösung für das Rätsel der modernen Physik suchen.

Um hinter das Geheimnis der Neutrinos zu gelangen, haben Physiker schon vor etwa 50 Jahren vorgeschlagen, nach besagten Teilchen zu suchen, da sie ungestört auf geradem Wege das Universum durchfliegen und ihre Existenz wahrscheinlich mit der Produktion der kosmischen Strahlung verknüpft ist. Die Messung dieser kosmischen Teilchen stellt jedoch eine große Herausforderung dar, da hierfür hochmoderne und riesige Detektoren benötigt werden.

Riesige Observatorien für winzige Teilchen

Das IceCube-Neutrino-Observatorium in der Antarktis gehört heute zu den modernsten Observatoren seiner Art. Nach 16 Jahren Bauzeit wurde die riesige Forschungsanlage am geografischen Südpol fertig gestellt. Hier arbeiten heute 310 Wissenschaftler einer internationalen Kollaboration von 44 Instituten aus zwölf Ländern. IceCube ist der weltweit größte Neutrino-Detektor und instrumentiert etwa ein Kubikkilometer des antarktischen Eises in einer Tiefe von anderthalb und zweieinhalb Kilometer mit ultrasensitiven Lichtsensoren. Diese Sensoren sind in der Lage das schwache Lichtsignal zu messen, welches bei einer Neutrinowechselwirkung mit dem Eis entsteht.

Physikern der IceCube-Kollaboration ist es mithilfe zusätzlicher Daten gelungen, die Messungen der letzten sechs Jahre erheblich zu verbessern. Die aus mehreren Milliarden Datensätze wurden analysiert und gefiltert. Ein Großteil der Daten zeigt Lichtimpulse, die nicht auf kosmische Neutrinos zurückzuführen sind. Übrig blieben 340.000 Ereignisse, dessen Ursprung eindeutig auf Myon-Neutrinos zurückgeführt werden konnten. Diese Neutrinos stammen zum Großteil nicht aus dem Kosmos, sondern sind ein Produkt der Reaktion zwischen kosmischer Strahlung und der Atmosphäre unserer Erde.

Ein Neutrino sticht jedoch deutlich aus dem riesigen Datensatz heraus. Es ist ein extrem hochenergetisches Neutrino, dessen Ursprung mit hoher Wahrscheinlichkeit außerhalb unseres Sonnensystems liegt. "Bei dem Ereignis handelt sich um ein Neutrino-induziertes Myon, das über einen Kilometer durch das instrumentierte Detektorvolumen fliegt. Auf seinem Weg durch den Detektor verliert es eine Energie von circa 2,6 PeV, was einer erwarteten Myonenergie von 4 bis 5 PeV entspricht. Das heißt, dass die Neutrinoenergie sogar noch größer gewesen sein muss."

Dem Ursprung auf der Spur

Die Energie des Neutrino brach nicht nur den Weltrekord der von IceCube im Jahr 2013 beobachteten Neutrino-Energie von 2,2 PeV, diesmal lässt sich seine lange Spur mit der Genauigkeit von unter einem Grad verfolgen, so die Physiker. Aus diesem Grund sind die Physiker in der Lage, nach astronomischen Quellen des Neutrino zu suchen. Da Myon-Neutrinos eine äußerst gute Richtungsgenauigkeit besitzen, könnten die Physiker das Rätsel um dessen Ursprung vielleicht bald lösen.

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