Forschung unter dem Polarlicht

Auf der Jagd nach den Geister­teilchen in der IceCube-Forschungs­kollaboration.

Die IceCube-Forschungsstation am Südpol.
Die IceCube-Forschungsstation am Südpol. © Felipe Pedreros

Physikalische Spitzen­forschung unter dem Polar­licht: die Forschungs­kollaboration IceCube

Einen Durchbruch bei der Suche nach den „Geisterteilchen“ des Universums gelang den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der IceCube-Forschungskollaboration im Sommer 2018. Teleskope auf der Erde und im Weltraum ermittelten den Ursprung der äußerst seltenen hochenergetischen Neutrino-Teilchen in den Tiefen des Weltraums. Und dies gelang ihnen mit erstaunlicher Präzision. Drei Milliarden Lichtjahre entfernt liegt ihr Ursprung in einem gigantischen Schwarzen Loch. Es beschleunigt auf natürliche Weise Neutrinos auf so hohe Energien, sodass diese trotz ihres enormen Durchdringungsvermögens auf der Erde nachgewiesen werden können.

Im Vortrag „Die Jagd nach den Geisterteilchen“ in der Reihe „Physik im Theater“ des Exzellenz­clusters PRISMA stehen Neutrinos im Mittelpunkt, jene hoch­energetischen Elementar­teilchen, die an IceCube untersucht werden.

Hochenergetischen Teilchen auf der Spur

Dieser Nachweis gelang am 22. September 2017 im Eis der Antarktis. Zusammen mit Forscherinnen und Forschern aus zwölf Ländern entdeckten die Mainzer Physiker Prof. Dr. Sebastian Böser und Prof. Dr. Lutz Köpke vom Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ein Neutrino, das den Detektor im ewigen Eis ansprechen lies. Mit Hilfe von Messungen und Vergleichen mit bereits bestehenden Daten ermittelten die Physiker den Ursprung dieses Teilchens. Damit lieferten die Wissen­schaftlerinnen und Wissen­schaftler am Südpol erstmal den Beweis, dass die energie­reichsten Teilchen des Universums in der Nähe eines Schwarzen Lochs entstehen können.

Gemeinsam im internationalen Team forschen

Dieses Ziel verfolgen in der IceCube-Forschungs­kollaboration rund 300 Wissen­schaftlerinnen und Wissen­schaftler aus zwölf Ländern am Kubik­kilometer großen IceCube-Teilchen­detektor am Südpol. Deutschland entsendet neben den USA die zweitgrößte Forscher­gruppe an das Neutrino-Observatorium. Neben Physikerinnen und Physikern der Johannes Gutenberg Universität-Mainz forschen hier Kolleginnen und Kollegen aus acht weiteren deutschen Universitäten.

„Neutrinos sind winzig kleine ungeladene Elementar­teilchen, die man sichtbar machen kann. Wenn Neutrinos auf Atome treffen, beschleunigen sie Elektronen aus dem Atom oder erzeugen andere geladene Teilchen. Das dabei entstehende Licht kann man mit Hilfe von Sensoren messen und so die Neutrinos nachweisen.“
Peter Peiffer, Senior Scientist in der IceCube-Gruppe an der JGU Mainz

„Ziel von PRISMA ist die Suche nach neuer Physik, die über das Standardmodell der Elementarteilchenphysik hinausgeht.“, sagt Prof. Dr. Hartmut Wittig, Sprecher des Exzellenzclusters „Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter“ (PRISMA). Seit 2012 forschen in PRISMA Physikerinnen und Physiker der JGU zu grundlegenden Fragen nach der Natur der fundamentalen Bausteine der Materie und ihrer Bedeutung für die Physik des Universums. Eines der wichtigsten Projekte ist der Bau des energierückgewinnenden Teilchenbeschleunigers MESA. Ab 2019 startet die zweite Förderperiode des Exzellenzclusters unter dem Namen PRISMA+.

Kontakt

Exzellenzcluster PRISMA (Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter)
prisma@uni-mainz.de
Tel.: 06131 3921838
www.prisma.uni-mainz.de

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