С 2010 года обсерватория IceCube на станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе регистрирует высокоэнергетические космические нейтрино в объёме льда около одного кубического километра. Недавно эксперимент получил значительное обновление: установлены новые оптические модули, позволяющие измерять низкоэнергетические нейтрино, ранее недоступные для наблюдений.

В отличие от заряженных частиц, нейтрино не излучают сигналов, поэтому IceCube фиксирует траектории вторичных частиц, например мюонов, возникающих при взаимодействии нейтрино со льдом. Мюоны создают характерный световой конус, который регистрируют чувствительные фотодетекторы.

В рамках обновления 51 исследователь установил 6 новых «цепочек» датчиков на глубине до 2 400 метров. Новые модули, называемые mDOM (multi-PMT digital optical modules), оснащены фотомножителями во всех направлениях, что обеспечивает обзор на 360 градусов и позволяет фиксировать нейтрино с низкой энергией. Это дополняет данные эксперимента KATRIN и помогает уточнять свойства льда, улучшая точность измерений.

Каждый модуль помещён в 40-сантиметровый контейнер в форме мяча. Они соединены кабелями в «ожерелье» длиной 1 500 метров, которое опускается в заранее проложенные скважины. В течение двух дней скважины бурятся горячей водой и после установки инструментов снова замерзают.

Немецкие исследовательские центры Helmholtz — DESY и KIT — совместно с университетами Аахена, Бохума, Дортмунда, Эрлангена, Майнца, Мюнхена, Мюнстера, HU Берлин и Вупперталя принимали участие в расширении IceCube. KIT отвечал за установку около 10 000 фотодетекторов mDOM и за расширение наземной части обсерватории, включающей сцинтилляторы и радиоприёмники.

По словам профессора Ральфа Энгеля из KIT, обновление открывает новые возможности для нейтринной астрономии на низких энергиях, а также служит технологическим тестом для будущего IceCube-Gen2. Следующая стадия расширения предложена с увеличением объёма наблюдений до восьми кубических километров, что позволит фиксировать нейтрино в диапазоне энергии, охватывающем десять порядков. Полная заявка Helmholtz Association на проект будет представлена в Берлине в конце февраля, общий бюджет составит 55 миллионов евро.

Обновление IceCube обещает не только расширить возможности наблюдений за вселенной, но и создать уникальную платформу для многолетних исследований космических нейтрино.