Afslører hemmelighederne bag højenergiske kosmiske partikler

Neutrinoobservatoriet 'IceCube' dybt inde i Sydpolens is har allerede bragt spektakulær ny indsigt i kosmiske hændelser med ekstremt høje energier. For at undersøge den kosmiske oprindelse af elementarpartikler med endnu højere energier, Prof. Elisa Resconi fra Münchens Tekniske Universitet (TUM) har nu startet et internationalt initiativ til at bygge et neutrinoteleskop, der er flere kubikkilometer stort i det nordøstlige Stillehav.

Astronomer observerer lyset, der kommer til os fra fjerne himmellegemer for at udforske universet. Imidlertid, lys fortæller os ikke meget om de højeste energibegivenheder ud over vores galakse, såsom jetfly af aktive galaktiske kerner, gammastråleudbrud eller supernovaer, fordi fotoner i det øvre gammastråleområde mister deres ekstreme energier på deres lange vej gennem universet gennem interaktion med andre partikler.

Ligesom lys, neutrinoer krydser rummet med lysets hastighed (næsten), men interagerer ekstremt sjældent med andre partikler. De bevarer deres energi og retning, hvilket gør dem til unikke budbringere af det højeste energiunivers.

Budbringer af fjerne kosmiske begivenheder

Siden 2013 har da IceCube Neutrino Observatory opdagede ekstragalaktiske neutrinoer for første gang, astrofysikere har stræbt efter at forstå, fra hvilke kosmiske kilder de kommer, og hvilken fysisk mekanisme der har accelereret dem til så ekstreme energier.

Imidlertid, at løse gåden, Der kræves flere detektorer med endnu større volumener end i det kubikkilometer store IceCube Observatory. Fordi neutrinoer ikke kan observeres direkte, kun gennem Cherenkov-stråling, Detektorerne skal være placeret i is eller i vand.

Initiativ til et nyt neutrinoteleskop i Stillehavet

Prof. Elisa Resconi, talsmand for Collaborative Research Center 1258 og Liesel-Beckmann-formand for eksperimentel fysik med kosmiske partikler ved TUM, har nu startet et internationalt initiativ for et nyt neutrinoteleskop placeret i Stillehavet ud for Canadas kyst:Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE).

Til det formål, Resconi har indgået et samarbejde med en facilitet fra University of Victoria, Ocean Networks Canada (ONC), et af verdens største og mest avancerede kablede havobservatorier.

Ideelle forhold for et neutrinobservatorium

ONC-netværksknuden i Cascadia-bassinet i en dybde på 2660 meter blev valgt til P-ONE. Den omfattende afgrundsslette byder på ideelle forhold for et neutrinobservatorium, der spænder over flere kubikkilometer.

I sommeren 2018, ONC forankrede et første stifindereksperiment i Cascadia-bassinet:STRAW (Strings for Absorption length in water) eksperimentet, to 140 meter lange strenge udstyret med lysgivere og sensorer til at bestemme dæmpningen af ​​lys i havvandet, en parameter, der er afgørende for designet af P-ONE. I september 2020, STRAW-b vil blive installeret, et 500 m stålkabel med ekstra detektorer. Begge eksperimenter er udviklet og bygget af Resconis forskningsgruppe ved TUM Fysik Afdeling.

Næste skridt i 2023/24

Det første segment af P-ONE, Stillehavet Neutrino Explorer, en ring med syv 1000 meter lange strenge med hver 20 detektorer, er planlagt installeret i ONCs marine operationssæson i 2023/24 i samarbejde med forskellige canadiske universiteter.

"Astrofysiske neutrinoer har låst op for nyt potentiale for markant at fremme vores viden om det ekstreme univers, " siger Darren Grant, professor ved Michigan State University (USA), og talsmand for IceCube-samarbejdet. "P-ONE repræsenterer en enestående mulighed for at demonstrere storskala neutrino-detektorudsættelse i det dybe hav, et kritisk skridt i retning af at nå målet om et globalt forbundet neutrino-observatorium, der ville give maksimal følsomhed over hele himlen til disse ideelle kosmiske budbringere."

Elisa Resconi forventer, at P-ONE med sine syv segmenter vil være færdige ved udgangen af ​​årtiet. "Eksperimentet vil så være perfekt udstyret til at afdække herkomsten af ​​de ekstragalaktiske neutrinoer, " siger Resconi, "men hvad mere er, højenergi neutrinoer har også potentialet til at afsløre naturen af ​​mørkt stof."

P-ONE-projektet omfatter det tekniske universitet i München (Tyskland), University of Victoria and Ocean Networks Canada, University of Alberta, Queen's University, Simon Fraser University (hele Canada), Michigan State University (USA), Det Europæiske Sydobservatorium, Goethe Universitet Frankfurt, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, og Max Planck Institut for Fysik (hele Tyskland).

Projektet modtager støtte fra Ocean Networks Canada, et initiativ fra University of Victoria, delvist finansieret af Canada Foundation for Innovation. Dette arbejde er finansieret af den tyske forskningsfond (DFG) gennem bevilling SFB 1258 "Neutrinoer og mørkt stof i astro- og partikelfysik" og klyngen af ​​ekspertise "Universets oprindelse og struktur".

Et særligt kendetegn ved modulerne:De indeholder kunstværker af unge internationale kunstnere, der skaber forbindelse mellem jorden og det dybe hav og dermed gør stifindereksperimentet til en unik undervandsudstilling.