Sökande efter nya neutrala partiklar med neutrinoteleskopet IceCube

Projekttitel: Sökande efter nya neutrala partiklar med neutrinoteleskopet IceCube
Huvudsökande: Carlos Perez de los Heros, avdelningen för högenergifysik
Beviljade medel: 3 400 000 SEK för perioden 2022-2025

IceCubeobservatoriet vid Sydpolen är det största neutrinoteleskopet i drift. IceCube färdigställdes i december 2010 och består av totalt 5160 ljusdetektorer som frusits in i isen på djup mellan 1450 m och 2450 m. Ljusdetektorerna registrerar Cherenkovstrålning som skickas ut när elektriskt laddade partiklar, som bildats vid neutrinoreaktioner, färdas genom isen. Genom att undersöka signalernas tidsföljd kan sedan riktningen på de inkommande neutrinerna rekonstrueras. IceCubes huvudsyfte är att studera universum med högenergetiska neutriner. Kosmiska processer som äger rum i närheten av de massiva svarta hålen i centrum av aktiva galaxer eller i de häftiga stjärnexplosioner som observeras som gammastrålningsutbrott kan producera högenergetiska neutriner. Deras mätning kan ge värdefull information om sådana föremåls inre verkningar. År 2013 observerade IceCube, för första gången någonsin, ett flöde av högenergetiska neutriner med ursprung bortom solsystemet, men antalet av detekterade kosmiska neutriner är dock fortfarande litet (några hundra händelser) och betydligt fler behövs för att nå målet att kunna noggrant studera våldsamma kosmiska objekt.

En annan källa till neutriner är atmosfären. Neutriner produceras genom växelverkan av kosmisk strålning med atomer i jordens atmosfär. Med tanke på den kontinuerliga takten vid vilken jorden bombarderas med partiklar från kosmos är det atmosfäriska neutrinoflödet betydligt högre än det astrofysiska flödet nämnt ovan. IceCube detekterar ca 100000 atmosfäriska neutriner per år, vilket motsvarar 300 per dygn. Men de högenergetiska neutriner som produceras i kosmiska källor eller i atmosfären kan också användas för att testa grundläggande befintliga fysiklagar eller för att testa förutsägelser av modeller bortom aktuella teorier. Den så kallade Standardmodellen för partikelfysik är en extremt framgångsrik teori som beskriver alla kända elementära partiklar och deras interaktioner (utom gravitation). Vi vet dock att Standardmodellen inte är det sista ordet för att beskriva naturen. Det finns aspekter av fysik, som att neutriner har massa, förekomsten av mörk materia och mörk energi och det faktum att gravitationen i sig inte beskrivs inom modellen, som pekar på att Standardmodellen behöver utvidgas. En sak som de flesta teorier om fysik bortom Standardmodellen har gemensamt är att de förutsäger förekomsten av nya, men ändå oupptäckta, partiklar. Detta projekt föreslår att använda interaktionerna av högenergetiska neutriner i IceCube för att söka efter dessa nya partiklar och, om de hittas, öppna fönstret för nya teorier om vår förståelse av materians minsta komponenter.