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NEUTRINOS
Detektorbau im Mittelmeer
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Erlangen-Nürnberg
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9. Dezember 2015

Auf dem Boden des Mittelmeers, zwischen Italien und Frankreich, hat in der letzten Woche der Bau des größten Neutrino-Detektors auf der Nordhalbkugel begonnen. Die erste in einer Tiefe von 3.500 Metern installierte Detektoreinheit liefert bereits Daten und zeigt damit, dass das neuartige Messkonzept funktioniert. Hunderte weiterer Einheiten sollen nun folgen.

KM3NeT

Ein Block des KM3NeT-Detektors enthält 115 Strings. Der erste String wurde jetzt installiert.   Bild: KM3NeT Collaboration  [Großansicht]

Am frühen Morgen des 3. Dezember 2015 haben Wissenschaftler und Ingenieure aus neun europäischen Ländern mit dem Aufbau von KM3NeT begonnen, dem zukünftig größten Neutrino-Detektor auf der nördlichen Erdhalbkugel. Das Teleskop vor den Küsten Italiens und Frankreichs im Mittelmeer soll fundamentale Eigenschaften der Neutrinos untersuchen und eine Himmelskarte der Herkunftsrichtungen hochenergetischer kosmischer Neutrinos erstellen, die bei den gewaltigsten astrophysikalischen Prozessen im Universum entstehen.

An dem Projekt beteiligt sind auch das Team um Prof. Dr. Gisela Anton und Prof. Dr. Uli Katz vom Erlangen Center for Astroparticle Physics (ECAP) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Sie liefern Simulations- und Physikstudien und sind auch an der Produktion von Sensor-Modulen beteiligt. Außerdem sind die Erlanger verantwortlich für die Software-Entwicklung.

Neutrinos sind die flüchtigsten Elementarteilchen und ihr Nachweis erfordert die Instrumentierung enormer Nachweisvolumen: Das KM3NeT-Neutrinoteleskop wird mehr als einen Kubikkilometer Meereswasser umfassen. Es besteht aus einem Netzwerk von mehreren hundert vertikalen Detektor-Einheiten, sog. Strings. Jeder String wird am Meeresboden verankert, durch eine Unterwasserboje an seinem oberen Ende straff gehalten und trägt 18 Lichtsensor-Module, die gleichmäßig über seine Länge von 700 Metern verteilt sind. In der absoluten Dunkelheit der Tiefsee werden damit die schwachen Lichtblitze nachgewiesen, die Reaktionen von Neutrinos mit den Atomkernen des Meereswassers anzeigen.

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Der erste KM3NeT-String erreichte den italienischen KM3NeT-Standort südöstlich von Sizilien an Bord des Installationsschiffes Ambrosius Tide. Der String – auf einem kugelförmigen Rahmen aufgewickelt, ähnlich einem Wollknäuel – wurde in 3.500 Meter Tiefe zum Meeresboden herabgelassen und mittels eines ferngesteuerten Tiefsee-Tauchboots an das Verbindungsmodul angeschlossen, von der das 100 Kilometer lange Hauptkabel zur Küstenstation in Portopalo di Capo Passero führt.

"Die große Meerestiefe schirmt das Teleskop nicht nur völlig gegen Tageslicht ab, sondern auch weitgehend gegen Teilchen, die durch die kosmische Strahlung in der Atmosphäre erzeugt werden", erklärt Marco Circella, technischer Direktor von KM3NeT. "Der Aufbau einer solch riesigen Forschungsinfrastruktur in mehreren Kilometern Wassertiefe ist eine enorme technische Herausforderung. So sind zum Beispiel für die Unterwasser-Kabelverbindungen speziell angefertigte Steckverbinder notwendig, die Glasfaserverbindungen mit Mikrometer-Genauigkeit herstellen können. Die Besatzung der Ambrosius Tide ist spezialisiert auf solche schwierigen Tiefsee-Einsätze."

Nach Überprüfung der elektrischen und der Glasfaser-Verbindung zur Küstenstation wurde das Entrollen des Strings eingeleitet. Ausgelöst durch ein akustisches Signal wurde der Installationsrahmen vom Anker gelöst und stieg langsam zur Oberfläche auf. Dabei rotierte er um eine horizontale Achse und gab Stück für Stück den String in seiner ganzen Länge frei. Der String wurde dann von der Küstenstation aus angeschaltet und lieferte die ersten Daten zur Küste.

"Es ist ein überwältigender Erfolg, dass der erste String voll funktionsfähig ist und seit dem Einschalten hochwertige Daten liefert", freut sich Katz, Physik- und Software-Direktor von KM3NeT. "Innerhalb weniger Stunden konnten bereits die ersten Teilchen von Reaktionen kosmischer Strahlung in der Atmosphäre rekonstruiert werden. Mit großer Vorfreude erwarten wir die Daten des wachsenden KM3NeT-Detektors."

"Ein elektro-optisches Netzwerk von Kabeln verteilt die Hochspannung von der Küste an die Lichtsensor-Module in der Tiefsee. Die gemessenen Lichtsignale werden in den Modulen digitalisiert und über Glasfaserverbindungen zur Küstenstation übertragen", erklärt Rosanna Cocimano, die für die Stromversorgung von KM3NeT verantwortlich ist.

Die erste erfolgreiche Datenentnahme aus der Tiefsee mit der bahnbrechenden, von der KM3NeT-Kollaboration entwickelten Technologie ist ein entscheidender Meilenstein für das Projekt und stellt den vorläufigen Höhepunkt eines Jahrzehnts intensiver Forschung und Entwicklung in den vielen beteiligten Forschungsinstituten dar.

"Dieser wichtige Schritt bestätigt Design und Technologie des KM3NeT-Detektors. Die Kollaboration wird nun mit großer Zuversicht mit der Massenproduktion von Detektor-Strings und ihrer Installation an den KM3NeT-Standorten in Italien und vor der französischen Mittelmeerküste bei Toulon beginnen. Ein neues Zeitalter der Neutrinoastronomie hat angefangen", so Maarten de Jong, Sprecher und Direktor von KM3NeT.

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siehe auch
Teilchenphysik: Auf den Spuren der kosmischen Strahlung - 13. Januar 2009
Astroteilchenphysik: Neues Kompetenzzentrum in Erlangen - 14. Mai 2008
Astroteilchenphysik: Neutrino-Jagd im Mittelmeer - 19. April 2006
Links im WWW
Universität Erlangen-Nürnberg  
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