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Ein Teleskop in der Tiefsee

Neue Sensoreinheiten für unterseeischen Neutrino-Detektor im Mittelmeer

KM3NeT
Am Grund des Mittelmeers verankert, fangen Stränge hochsensibler Photodetektoren die schwachen Lichtblitze kollidierender Neutrinos ein. © Marijn van der Meer/Quest

3.500 Meter tief unter der Oberfläche des Mittelmeeres wächst ein Teleskop der besonderen Art heran: der Neutrino-Detektor KM3NeT/ARCA. Im Dauerdunkel der Tiefsee sollen seine hochsensiblen Photodetektoren die schwachen Lichtblitze kosmischer Neutrinos aufspüren. Jetzt wurden fünf neue Detektionseinheiten dieses 80 Kilometer vor Siziliens Küste liegenden Neutrino-Teleskops installiert.

In jeder Sekunde rasen Milliarden Neutrinos durch unseren Körper – ohne dass wir dies spüren. Denn diese nahezu masselosen Elementarteilchen interagieren kaum mit anderer Materie und kollidieren nur sehr selten mit einem Atom. Entsprechend schwer ist es, diese „Geisterteilchen“ anhand der schwachen Lichtblitze nachzuweisen, die bei diesen raren Kollisionen entstehen. Einige  Detektoren nutzen dafür unterirdische Tanks, in deren Wände hochsensible Photodetektoren eingelassen sind, andere, wie das Neutrino-Observatorium IceCube, tausende ins klare Eis der Antarktis eingelassene Detektorkugeln.

Horchposten am Grund des Mittelmeeres

Für das Neutrino-Teleskop KM3NeT/ARCA nutzen Wissenschaftler ebenfalls eine natürliche Umgebung als Detektormedium – das Wasser der Tiefsee. Ihr Neutrino-Observatorium liegt 3.500 Meter tief unter der Oberfläche des Mittelmeeres und damit in einem Bereich, in dem von Natur aus Dauerdunkel herrscht. Seit 2015 wird das rund 80 Kilometer vor dem sizilianischen Capo Passero liegende Teleskop nach und nach aufgebaut.

Detektormodule
Einige der kugelförmigen Detektormodule kurz vor ihrer Installation.© KM3NeT

Wenn es fertig ist, wird das unterseeische Neutrino-Teleskop aus 230 Detektorsträngen bestehen, die zusammen ein würfelförmiges Gebiet von einem Kilometer Seitenlänge einnehmen – etwa so viel wie der subglaziale Neutrino-Detektor IceCube am Südpol. Jede dieser strangförmigen Einheiten ist 700 Meter hoch und besteht aus 18 kugelförmigen Modulen, die mit hochempfindlichen Lichtsensoren gespickt sind. Sie sollen die schwachen Lichtblitze registrieren, die durch Neutrino-Wechselwirkungen mit dem Wasser des Mittelmeeres entstehen.

Erste sechs Detektorstränge sind einsatzbereit

Anfang April 2021 hat ein Team des KM3NeT/ARCA-Projekts die Basis für den Betrieb des neuen Neutrino-Teleskops gelegt. Mit einem ferngesteuertem Tauchfahrzeug wurden fünf neue KM3Net-Detektionseinheiten mit je 18 Modulen auf dem Meeresgrund verankert. Zudem installierten die Wissenschaftler und Techniker einen Schaltkasten, der als Knotenpunkt für die Stromversorgung und Datenübertragung der Messeinheiten dient. Er ist über ein elektrooptisches Kabel mit der Datenzentrale im nahen Capo Passero verbunden.

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Zusammen mit einer ersten, bereits 2015 installierten Pilot-Einheit sind damit nun sechs der 24 für die erste Ausbauphase des KM3NeT/ARCA Neutrino-Teleskops geplanten Detektorstränge betriebsbereit. Ab jetzt können die wissenschaftlichen Tests und Messungen beginnen.

Fahndung nach kosmischen Neutrinos

Der unterseeische Neutrino-Detektor KM3NeT/ARCA soll auf der Nordhalbkugel das leisten, was IceCube am anderen Ende der Welt tut. Ziel der Physiker ist es, vor allem die besonders energiereichen kosmischen Neutrinos aufzuspüren und ihre fundamentalen Eigenschaften zu erforschen. Von seinem Standort im Mittelmeer aus kann der neue Detektor rund 87 Prozent des Himmels erfassen, darunter auch das galaktische Zentrum und den größten Teil der Milchstraße.

Die Forschenden erhoffen sich von den aus diesen Himmelsregionen eingefangenen Neutrinos neue Aufschlüsse darüber, wie diese energiereichen Elementarteilchen entstehen und welche physikalischen Prozesse im Zentrum unserer Galaxie ablaufen. Erst vor Kurzem ist es einem Team am IceCube-Detektor gelungen, erstmals ein Neutrino nachzuweisen, das beim Tod eines Sterns durch ein Schwarzes loch entstanden ist.

Quelle: KM3NeT

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