Ett nytt fönster mot universum

IceCube-laboratoriet ligger nära den geografiska sydpolen på Antarktis och används i forskningssyfte av cirka 280 forskare och ingenjörer från USA, Tyskland, Sverige, Danmark, UK, Belgien, Schweiz, Ja

– Det är fantastiskt spännande. För första gången har vi fått övertygande bevis för att högenergetiska neutriner från yttre rymden har hamnat här på jorden, säger Olga Botner.

Upptäckten har utsetts till 2013 års fysikgenombrott av den brittiska tidskriften Physics World. Det är inte bara ett stort vetenskapligt kliv utan också en arbetsseger. Det har tagit sex år att bygga upp forskningsstationen på Sydpolen, ett område på en kubikkilometer där man sänkt ned över fem tusen optiska moduler i inlandsisen.

Två år efter att IceCube-anläggningen stod färdig har nu forskarna fått ett kvitto på att tekniken fungerar och att neutrinerna faktiskt kan säga oss något om universum.

– Det här kan vara början på en helt ny inriktning inom astronomin, säger Olga Botner.

Hon har varit med i projektet sedan 1998, då den första prototypen Amanda byggdes på Sydpolen, men projektet har pågått längre än så. Tanken att neutriner skulle kunna lära oss om universum kom redan 1960.

– Redan då insåg man möjligheterna och potentialen i att studera dem, men visste inte hur man skulle kunna genomföra det, säger Olga Botner.

Det första viktiga valet var att använda is. Eftersom neutrinon oerhört sällan växelverkar med andra partiklar behöver den studeras i ett ”tätt” material med många atomkärnor. Det ska också vara transparent för neutrinon saknar elektrisk laddning och syns bara när den kolliderar med en annan partikel. Då uppstår en skur av laddade partiklar – ljusblixtar som syns om mediet är tillräckligt transparent.

– Det tätaste transparenta materialet som kan användas är is. Man började mäta isens egenskaper och fann att isen på Grönland inte var tillräckligt transparent, inte heller på Sydpolen med mindre än att man gick väldigt djupt.

Alltså började man borra. Forskarna använde en varmvattensborr som gick ned till 2,5 kilometers djup och sänkte ned detektorer samt instrument som mäter isens optiska egenskaper. Varje detektor består av en kabel försedd med 60 optiska sensorer, stora som basketbollar, som blinkar till ibland och därmed kan identifiera varandra.

Sammanlagt är det 5 160 sensorer som sitter i isen. Under två år har de fångat upp 28 händelser och ungefär hälften av dem är neutriner som med stor sannolikhet kommer från rymden – det visar deras energinivå.

Nu kommer forskningen att ta fart kring olika astronomiska fenomen, i en extremt svårtillgänglig miljö. Om elektroniken behöver bytas ut eller datorsystemen uppdateras görs det under den arktiska sommaren, från november till mitten av februari. Sedan stängs Sydpolen av från flygtrafik och det är omöjligt att ta sig därifrån.

– Under vintern stannar endast ett femtiotal personer på forskningsbasen, varav två från projektet IceCube, säger Olga Botner.

Själv har hon under alla dessa år aldrig åkt till Sydpolen utan har följt projektet från distans. Men flera uppsalastudenter har åkt dit för att hjälpa till med snöskottning och andra praktiska arbetsuppgifter.

– De talar fortfarande om det. Projektet har varit till glädje för så många, inte minst studenter.

Allt sedan starten har Uppsala universitet och Stockholms universitet varit mycket aktiva inom IceCube. Från början drevs projektet av fem institutioner och numera deltar 300 forskare från 43 institutioner över hela världen. Olga Botner ser många forskningsmöjligheter för de närmaste åren.

– Ett av de intressantaste fenomenen är kosmisk strålning, laddade partiklar från yttre rymden som ideligen bombarderar jorden. Några av dessa bär på lika mycket energi som en fallande tegelsten, tio miljoner gånger högre energi än vad vi kan producera på jorden. Vad är det ute i kosmos som kan åstadkomma sådana energier?

Neutrinerna från objekt som producerar kosmisk strålning pekar tillbaka så forskarna har en chans att hitta källorna. Men för att nå dit måste tekniken finslipas så att det blir lättare att följa energins riktning. Neutrinerna kan ses som ”kosmiska budbärare” som tar oss längre ut i rymden än vad som tidigare varit möjligt.

– I nästan all astronomi som bedrivits har vi tittat efter ljus från universum. Men ljus stoppas upp på vägen till oss och det finns en gräns för hur långt vi kan nå. Med neutriner kan vi se bortom den gränsen. Jag skulle hemskt gärna vilja säga om 20 år att det här var starten på ett nytt forskningsfält, säger Olga Botner.

---

FAKTA: Ice Cube

I projektet deltar 300 personer och 43 institutioner från hela världen. Prototypen Amanda byggdes av fem institutioner, bl a från Uppsala universitet och Stockholms universitet. Svenska Wallenbergstiftelsen, VR och Polarforskningssekretariatet är med och finansierar. Större delen av finansieringen kommer från USA.

Så går det till

Med en varmvattensborr skapas ett 2,5 km djupt hål i isen. Det tar 40 timmar att borra hålet och att sänka ned en kabelsträng med 60 optiska moduler tar 12 timmar, alltså totalt drygt två dygn.

Kabelsträngarna placeras med 125 meters mellanrum och fryser snart in i isen.

Varje modul är försedd med en sensor som ser ut som en guldfärgad glödlampa, men fungerar på helt motsatt sätt: Den suger upp ljus och sänder ut en elektrisk signal.