Design av det planerade P-ONE neutrinoteleskopet i Stilla havet (vänster). Teleskopet kommer att ha en modulär struktur och består av sju identiska detektorsegment (höger), den första kommer att installeras 2023/24. Kredit:Elisa Resconi / TUM
Neutrinobservatoriet "IceCube" djupt inne i isen på Sydpolen har redan gett spektakulära nya insikter om kosmiska incidenter med extremt höga energier. För att undersöka det kosmiska ursprunget för elementarpartiklar med ännu högre energier, Prof. Elisa Resconi från Münchens tekniska universitet (TUM) har nu startat ett internationellt initiativ för att bygga ett neutrinoteleskop som är flera kubikkilometer stort i nordöstra Stilla havet.
Astronomer observerar ljuset som kommer till oss från avlägsna himmelska föremål för att utforska universum. Dock, ljus berättar inte mycket om de högsta energihändelserna bortom vår galax, såsom strålarna från aktiva galaktiska kärnor, gammastrålningskurar eller supernovor, eftersom fotoner i det övre gammastrålningsområdet förlorar sina extrema energier på sin långa väg genom universum genom interaktion med andra partiklar.
Precis som ljus, neutriner korsar rymden med ljusets hastighet (nästan) men interagerar extremt sällan med andra partiklar. De behåller sin energi och riktning, vilket gör dem till unika budbärare av det högsta energiuniversum.
Budbärare av avlägsna kosmiska händelser
Sedan 2013, när IceCube Neutrino Observatory upptäckte extragalaktiska neutriner för första gången, astrofysiker har strävat efter att förstå från vilka kosmiska källor de kommer och vilken fysisk mekanism som har accelererat dem till sådana extrema energier.
Dock, att lösa pusslet, Det krävs fler detektorer med ännu större volymer än i det kubikkilometerstora IceCube-observatoriet. Eftersom neutriner inte kan observeras direkt, endast genom Cherenkov-strålning, Detektorerna måste placeras i is eller i vatten.
Ombord på John P. Tully förbereder sig ett team av Ocean Networks Canada för att förankra STRAW-utforskningsexperimentet för det planerade P-ONE-neutrinoteleskopet i Cascadia Basin i Stilla havet (sommaren 2018). Kredit:Ocean Networks Canada
Initiativ till ett nytt neutrinoteleskop i Stilla havet
Prof. Elisa Resconi, talesman för Collaborative Research Center 1258 och Liesel-Beckmann ordförande för experimentell fysik med kosmiska partiklar vid TUM, har nu startat ett internationellt initiativ för ett nytt neutrinoteleskop beläget i Stilla havet utanför Kanadas kust:Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE).
I det syftet, Resconi har samarbetat med en anläggning vid University of Victoria, Ocean Networks Kanada (ONC), ett av världens största och mest avancerade kablage havsobservatorier.
Idealiska förhållanden för ett neutrinobservatorium
ONC-nätverksnoden i Cascadia-bassängen på ett djup av 2660 meter valdes för P-ONE. Den omfattande avgrundsslätten erbjuder idealiska förhållanden för ett neutrinobservatorium som sträcker sig över flera kubikkilometer.
Sommaren 2018, ONC förankrade ett första sökvägsexperiment i Cascadia-bassängen:STRAW-experimentet (Strings for Absorption length in water), två 140 meter långa strängar utrustade med ljussändare och sensorer för att bestämma ljusdämpningen i havsvattnet, en parameter som är avgörande för utformningen av P-ONE. I september 2020, STRAW-b kommer att installeras, en 500 m stålkabel med extra detektorer. Båda experimenten utvecklades och byggdes av Resconis forskargrupp vid Fysiska institutionen TUM.
Tre av tio detektormoduler i STRAW-b pathfinder-experimentet som utforskar Cascadia Basin i Stilla havet som förberedelse för det planerade P-ONE-neutrinoteleskopet. Moduler kommer att hängas upp i en 500 meter lång stålkabel som kommer att förankras på havsbotten på ett djup av 2, 660 meter i slutet av september 2020. De innehåller sensorer som ska mäta temperaturer, strömmar och bioluminescens i djuphavet, bland annat. En speciell egenskap hos modulerna:De innehåller konstverk av unga internationella konstnärer som skapar en koppling mellan jorden och djuphavet och på så sätt förvandlar sökvägsexperimentet till en unik undervattensutställning. Kredit:Simon Freund
Nästa steg 2023/24
Det första segmentet av P-ONE, the Pacific Ocean Neutrino Explorer, en ring med sju 1000 meter långa strängar med vardera 20 detektorer, planeras att installeras under ONC:s marina driftsäsong 2023/24 i samarbete med olika kanadensiska universitet.
"Astrofysiska neutriner har låst upp ny potential för att avsevärt förbättra vår kunskap om det extrema universum, säger Darren Grant, professor vid Michigan State University (USA), och talesman för IceCube-samarbetet. "P-ONE representerar en unik möjlighet att demonstrera storskalig utplacering av neutrinodetektorer i djuphavet, ett kritiskt steg mot att nå målet med ett globalt anslutet neutrinobservatorium som skulle ge maximal känslighet för dessa idealiska kosmiska budbärare."
Elisa Resconi räknar med att P-ONE med sina sju segment ska vara färdiga i slutet av decenniet. "Experimentet kommer då att vara perfekt utrustat för att avslöja härkomsten av de extragalaktiska neutrinerna, " säger Resconi, "men vad mer, Högenergineutriner har också potentialen att avslöja naturen hos mörk materia."
P-ONE-projektet omfattar Münchens tekniska universitet (Tyskland), University of Victoria and Ocean Networks Kanada, University of Alberta, Queen's University, Simon Fraser University (hela Kanada), Michigan State University (USA), Europeiska sydobservatoriet, Goethe University Frankfurt, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, och Max Planck Institute for Physics (hela Tyskland).
Projektet får stöd från Ocean Networks Canada, ett initiativ från University of Victoria som delvis finansierats av Canada Foundation for Innovation. Detta arbete finansieras av den tyska forskningsstiftelsen (DFG) genom anslag SFB 1258 "Neutrinos och mörk materia i astro- och partikelfysik" och klustret av spetskompetens "Universums ursprung och struktur".
En speciell egenskap hos modulerna:De innehåller konstverk av unga internationella konstnärer som skapar en koppling mellan jorden och djuphavet och på så sätt förvandlar sökvägsexperimentet till en unik undervattensutställning.
