Johannes Werthebach schließt erfolgreich seine Promotion ab

Wir gratulieren Dr. Johannes Werthebach herzlich zum erfolgreichen Abschluss seiner Promotion. In seiner Dissertation mit dem Titel „Acceptance tests of PMTs for the mDOM of the IceCube Upgrade“ befasste er sich mit den Photomultipliern, die in den neuen optischen Modulen des IceCube-Upgrades zum Einsatz kommen.

Das IceCube-Experiment ist derzeit das größte Neutrinoexperiment der Welt. Es nutzt das klare antarktische Eis als Detektormedium. Wenn Neutrinos mit Atomkernen im Eis wechselwirken, entstehen sekundäre geladene Teilchen, die aufgrund des Tscherenkow-Effekts Lichtsignale aussenden. Dieses Licht wird von optischen Sensoren registriert, die im Eis verteilt sind. Im Rahmen des IceCube-Upgrades wurden während des antarktischen Sommers 2025–2026 zusätzliche optische Sensoren im zentralen Bereich des Detektors installiert, um die Empfindlichkeit und die Kalibrierung zu verbessern. Bei diesen Sensoren handelt es sich um Multi-PMT Digital Optical Modules (mDOMs) die jeweils 24 Photomultiplier (PMTs) enthalten. Die PMTs sind die Lichtsensoren dieser Module.

Bevor die PMTs im Eis installiert werden konnten, musste ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden. Im Rahmen seiner Promotion entwickelte und baute Dr. Werthebach an der TU Dortmund einen Teststand, mit dem die PMTs für die mDOMs des IceCube-Upgrades getestet wurden. Der Teststand ist für einen automatisierten Betrieb ausgelegt und ermöglicht es, bis zu 92 PMTs parallel in weniger als 24 Stunden zu testen. Dies entspricht einem Durchsatz von etwa 500 PMTs pro Woche. Für das IceCube-Upgrade wurden an zwei Standorten mehr als 10.000 PMTs getestet, davon 4.793 in Dortmund.

Ein zentrales Ergebnis der Arbeit war die Identifikation unerwartet hoher Dunkelraten bei nahezu allen getesteten PMTs. Das bedeutet, dass die Sensoren ohne äußeren Lichteinfall Signale mit einer Rate aufzeichneten, die höher als erwartet war. Dieser Effekt konnte auf erhöhte Konzentrationen radioaktiver Isotope in der Glasummantelung der PMTs zurückgeführt werden. Die Arbeit zeigte außerdem, dass das Teststandkonzept an zwei unabhängigen Teststandorten konsistente Ergebnisse liefert und für zukünftige Detektorentwicklungen genutzt werden kann, darunter IceCube-Gen2, die geplante Erweiterung des IceCube-Experiments.

Mit seiner Dissertation leistete Dr. Werthebach einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung optischer Sensoren für das IceCube-Experiment. Wir gratulieren ihm herzlich zu diesem Erfolg und wünschen ihm für seine weitere berufliche Zukunft alles Gute.