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Fakultät Physik

Neutrinoastronomie

Das Neutrino-Observatorium IceCube, zu dem das In-Ice-Array IceCube und die Oberflächenkomponenten IceTop und IceAct gehören, ist das weltweit größte Neutrino-Teleskop. Er befindet sich an der Amundsen-Scot Südpolstation. Der Detektor im Eis besteht aus mehr als 5000 Photonsensoren, die zwischen 1500 m und 2500 m tief unter der Eisoberfläche eingefroren sind. Diese Photosensoren sind auf 86 Strängen montiert, die in einem dreieckigen Raster angeordnet sind. Obwohl das Observatorium IceCube in erster Linie für den Nachweis von hochenergetischen Neutrinos aus astrophysikalischen Quellen konzipiert ist, ist es de facto ein Mehrzweckdetektor, der einen einzigartigen Einblick in die Physik von Neutrinos und Myonen bietet.

Das IceCube Neutrino Observatory bei Nacht mit Polarlichtern am Himmel © Johannes Werthebach ​/​ TU Dortmund, NSF und IceCube
Das IceCube Neutrino Observatory, kurz IceCube, steht am geografischen Südpol. Der Detektor selbst befindet sich tief im antarktischen Eis.

Die Forschung im Rahmen der IceCube-Kooperation deckt daher ein breites Spektrum wissenschaftlicher Themen ab, das von Neutrinooszillationen und atmosphärischen Neutrinos bei niedrigeren Energien bis hin zu astrophysikalischen Neutrinoereignissen von ultrahohen Energien reicht.

In Dortmund interessieren wir uns für den Nachweis von astrophysikalischen Neutrinos, ihre Eigenschaften (Herkunft, Energie, Neutrinotyp) und mögliche Korrelationen ihres Auftretens mit Signaturen andrer Teleskope, insbesondere natürlich denen, an denen wir auch beteiligt sind (Multi-Messenger-Astronomie).

Weiter arbeiten wir an Präzisionsmessungen von Eigenschaften (Energie, Richtung, Jahreszeit/Klima) von Neutrinos und Myonen, die bei Wechselwirkungen von Teilchen der kosmischen Strahlung in der Atmosphäre erzeugt werden. Ziel ist, auf diesem Weg Eigenschaften der Kosmischen Strahlung zu entschlüsseln.

Wegen der sehr hohen Energien der beteiligten Elementarteilchen sehen wir die Atmosphäre auch als Wechselwirkungsvolumen eines kosmischen „Fixed Target“-Experimentes und nutzen die in IceCube nachgewiesenen Teilchen zur Suche nach schweren, prompt zerfallenden Elementarteilchen in Regionen, die für Beschleunigerexperimente nicht erreichbar sind.

Zur Ermöglichung dieser Präzisionsmessungen dienen die Aktivitäten der Arbeitsgruppe bei der Simulation von Wechselwirkungen (PROPOSAL, CORSIKA8)

Die Datenanalyse wird mit Methoden des Maschinellen Lernens durchgeführt (SFB876, ML2R, LAMARR).