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Astrophysik in der Tiefsee geht weiter

Das Tiefsee-Neutrinoteleskop KM3NeT soll einmal aus 200 Detektoren mit jeweils 18 Sensormodulen bestehen und dabei das Volumen eines Würfels von 1 Kilometer Seitenlänge ausfüllen.(Bild: Edward Berbee/Nikhef)

Neue Sensoreinheiten für Unterwasserteleskop installiert

3500 Meter – so tief liegt das Neutrinoteleskop KM3Net/ARCA, das seit 2015 am Grunde des Mittelmeeres vor der Küste Siziliens aufgebaut wird Forschende vom Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) der FAU bauen unter anderem wichtige Messmodulen für dieses internationale Projekt. Während einer einwöchigen Seekampagne Anfang April 2021 wurden fünf neue Detektionseinheiten des Neutrino-Teleskops angeschlossen und sind nun betriebsbereit.

Das KM3NeT/ARCA-Teleskop, das zukünftig das Volumen eines Würfels mit einem Kilometer Seitenlänge umfassen wird, befindet sich etwa 80 Kilometer vor Capo Passero, Sizilien. Zusammen mit seinem Schwesterteleskop ORCA, das vor der Küste von Toulon in Frankreich liegt, wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die astrophysikalischen Quellen der hochenergetischen kosmischen Neutrinos identifizieren und die fundamentalen Eigenschaften der schwer fassbaren und allgegenwärtigen Elementarteilchen untersuchen. Die beiden Teleskope werden ebenso noch nie dagewesene Möglichkeiten für erd- und meereswissenschaftliche Studien bieten.

Hochempfindliche Sensoren

Nach seiner Fertigstellung wird KM3NeT/ARCA mit mehr als zweihundert Detektionseinheiten sein. Jede dieser 700 Meter hohen Einheiten besteht aus 18 Modulen, die mit hochempfindlichen Lichtsensoren ausgestattet sind, die die schwachen Lichtblitze registrieren, die durch Neutrino-Wechselwirkungen im pechschwarzen Abgrund des Mittelmeers entstehen. Bisher war eine Detektionseinheit im Einsatz. Mittels ferngesteuertem Tauchfahrzeug setzten die am Projekt teilnehmenden Teams nun fünf neue KM3NeT-Detektionseinheiten ein. Diese sechs Detektionseinheiten bilden den anfänglichen Kern des KM3NeT/ARCA Neutrinoteleskops. 18 der optischen Module in einer der neu installierten Detektoreinheiten wurden an der FAU gebaut. „Wir haben jetzt gezeigt, dass wir die Detektorkomponenten mit der erforderlichen Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit herstellen und in der Tiefsee installieren können. Das ist ein großartiger Erfolg, der die Tür zum vollständigen Aufbau von KM3NeT weit öffnet“, sagt Prof. Dr. Ulrich Katz, Lehrstuhl für Experimentalphysik (Astroteilchenphysik) der FAU und Mitinitiator des KM3NeT/ARCA-Projekts. Neben dem Bau dieser optischen Module, von denen auch für die nächste Kampagne Module an der FAU gebaut werden, testen die Erlanger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler außerdem die Lichtdetektoren, koordinieren die Softwareentwicklung und bringen Machine Learning-Methoden für die Datenauswertung zur Anwendung.

Während der Kampagne ist zudem eine neue Junction Box, ein Knotenpunkt für die Stromverteilung und Datenübertragung der Detektionseinheiten, eingebaut worden. Diese Box ist über ein elektrooptisches Kabel mit einem Labor des Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in Italien verbunden. Als letzter Schritt wurde die erste Detektionseinheit, die seit 2015 im Einsatz ist, an den neuen Verteilerkasten angeschlossen.

KM3NeT ist ein internationales Projekt von über 250 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus mehr als fünfzig wissenschaftlichen Instituten auf der ganzen Welt. KM3NeT wurde in die Liste der vom Europäischen Strategieforum für Forschungsinfrastrukturen (ESFRI) ausgewählten Projekte mit hoher Priorität aufgenommen.

Webseite von KM3NeT

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Ulrich Katz
Lehrstuhl für Experimentalphysik (Astroteilchenphysik)
Tel.: 09131/85-27072
uli.katz@physik.uni-erlangen.de