Wie Forscher mit einem Neutrino-Teleskop in der Tiefsee nach kosmischen Teilchen suchen

Im Mittelmeer wächst aktuell ein besonderes Teleskop heran. Vor der Küste Siziliens in 3.500 Kilometer Tiefe entsteht der Neutrino-Detektor KM3NeT/ARCA, der im Dauerdunkel der Tiefsee schwache Lichtblitze kosmischer Neutrinos detektieren soll. Kürzlich erst wurden fünf neue Detektionseinheiten an dem Tiefsee-Teleskop installiert.

In der Tiefsee auf der Jagd nach Neutrinos

Neutrinos rasen stetig durch den menschlichen Körper – jede Sekunde sind es mehrere Milliarden. Wir spüren davon allerdings nichts. Neutrinos sind nahezu masselose Elementarteilchen, die kaum mit anderer Materie interagieren und nur selten mit einem Atom interagieren. Diese Kollisionen sind so selten, dass es äußerst schwer ist, die Neutrinos anhand der dabei entstehenden schwachen Lichtblitze nachzuweisen. Teilweise werden dafür unterirdische Tanks genutzt, in deren Wänden sensible Photodetektoren sitzen.

Der Detektor KM3NeT/ARCA setzt auf ein Placement in der Tiefsee und nutzt das Wasser als Detektormedium. In 3.500 Meter Tiefe herrscht von Natur aus Dauerdunkel. Seit 2015 wird das Tiefsee-Teleskop etwa 80 Kilometer vor dem sizilianischen Capo Passero aufgebaut.

Später soll das Teleskop aus 230 Detektorsträngen bestehen, die einen Würfel von etwa einem Kilometer Seitenlänge einnehmen. Jede dieser Stränge ist etwa 700 Meter hoch und besteht aus 18 kugelförmigen Modulen mit Lichtsensoren. Sie sollen die Lichtblitze registrieren, die entsteht, wenn ein Neutrino mit einem Atom kollidiert.

Erkenntnisse über Vorgänge in der Galaxie

Anfang April 2021 brachte das Projektteam fünf neue KM3Net-Detektionseinheiten mit je 18 Modulen in dem Gebiet an. Außerdem wurde ein Schaltkasten installiert, der als Knotenpunkt für die Stromversorgung und Datenübertragung der Anlage dienen soll. Die erste Detektionseinheit wurde bereits 2015 installiert, sodass nun insgesamt sechs der 24 Einheiten aus der ersten Ausbauphase des Neutrino-Teleskops einsatzbereit sind. Mit ihnen können nun erste Tests und Messungen beginnen.

Ziel der Physiker und Physikerinnen ist es, besonders energiereiche kosmische Neutrinos aufzuspüren und ihre Eigenschaften zu erforschen. Von seinem Standort aus kann das Teleskop etwa 87 Prozent des Himmels erfassen – inklusive dem galaktischen Zentrum sowie dem größten Teil der Milchstraße. Durch die aus diesen Himmelsregionen detektierten Neutrinos wollen die Forscher und Forscherinnen Erkenntnisse darüber erlangen, wie die energiereichen Elementarteilchen entstehen und welche physikalischen Prozesse im Zentrum der Galaxie ablaufen.

via KM3NeT