Neutrinová observatoř IceCube

Neutrinová observatoř IceCube je neutrinová observatoř vybudovaná na polární stanici Amundsen–Scott, ležící na jižním pólu v Antarktidě, v rámci oboru neutrinové astronomie.^[1] Její tisíce senzorů jsou umístěny pod antarktickým ledem a rozmístěny v oblasti jednoho kilometru krychlového.^[2] Výstavba IceCube byla dokončena 18. prosince 2010.^[3]

Neutrinová observatoř IceCube
Místo	oblast Smlouvy o Antarktidě
Souřadnice	89°59′24″ j. š., 63°27′11″ z. d.
Založena	17. prosince 2010
Webová stránka	https://icecube.wisc.edu/
Teleskopy	Antarctic Muon And Neutrino Detector Array Čerenkovův detektor
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Konstrukce

Schéma detektorového pole

IceCube je čerenkovský lanový detektor, jehož pracovní látkou je led. Senzory v detektoru jsou sestaveny ve tvaru hranolu^[4] o objemu přibližně 1 km³. Detekci čerenkovova záření zprostředkovávají sférické optické senzory, z nichž každý je vybaven fotonásobičem^[5] a jednodeskovým počítačem pro sběr dat, který posílá digitální data do akviziční stanice na povrchu nad soustavou.^[6]

Na stanici se nachází celkem 4800 fotonásobičů typu Hamamatsu R7081-02^{[pozn. 1]}, které jsou umístěny v antarktickém ledu v hloubkách 1450-2450 metrů. Mezery mezi jednotlivými detektory jsou 17 metrů vertikálně a 125 metrů horizontálně.^[7]

Vrty, v nichž jsou detektory spuštěny, byly vyhloubeny tepelně pomocí horkovodního vrtáku. Takový způsob zajistí optický kontakt mezi fotonásobičem a ledem, protože když je vrt čerstvě vyhloubený, je plný tavné vody. Do vody se spustí lano s detektory a v časovém horizontu jednoho dne voda zamrzne, čímž se detektor opticky napojí bezprostředně na led.^[7] Hloubení do ledu tepelně je také rychlejší, než hloubení pomocí standardní vrtné soupravy a zároveň nekontaminuje okolní materiál vrtnou kapalinou.

Na horní straně celého zařízení se nachází samostatný detektor jménem "IceTop", který má za úkol detekovat průchody mionů z kosmického záření. Detekce z IceTopu jsou pak použity pro vetování detekcí, což je nutné, protože pozadí pocházející ze spršek z kosmického záření je až milionkrát silnější, než signál původem z neutrin.^[8]

Mechanizmus detekce

Detektor je navržen pro detekci vysokoenergetických neutrin s energiemi mezi ${\displaystyle 10^{11}}$ a ${\displaystyle 10^{21}}$ elektronvoltu. Hlavní detekovatlná reakce neutrina s materiálem je vznik mionu. Mion má díky své vysoké hmotnosti střední dráhu ledem kolem 10 km. Vzniklý mion díky čerenkovově jevu vytváří světelný kužel, který lze opticky detekovat. Díky obvykle dlouhé dráze mionu v ledu se i výrazně zvyšuje efektivní objem detektoru, protože pro úspěšnou detekci stačí zaznamenat pouze část vzniklého světelného kuželu.^[8]

Pokud při reakci vznikne tauon, lze jej pozorovat, díky své krátké době života, jako prakticky současný rozptyl a rozpad. Případně mohou pomocí neutrin vznikat i elektrony, které se ale v materiálu velmi rychle rozptylují a pomocí nich lze jen těžko určit původní směr příletu částice.^[8]