VUB-fysici intensief betrokken bij onderzoek naar hoge-energie neutrino’s op Antarctica
In 2004 reisden tientallen technici, ingenieurs en wetenschappers naar de Zuidpool om op een van de koudste, droogste en meest geïsoleerde plaatsen op aarde de grootste en vreemdste telescoop ter wereld te bouwen, een telescoop onder de grond, in het ijs. Het was het begin van een experiment op een schaal die de wereld nog nooit had gezien. Op 13 mei 2011, vandaag precies tien jaar geleden, werd IceCube volledig operationeel en blikte het complete IceCube Neutrino Observatorium voor het eerst naar de kosmos.
“Ik herinner me nog de euforie rond de eeuwwisseling met de waarneming van het eerste muon spoor in AMANDA, de voorloper van IceCube, waarmee de werking van zo’n ondergrondse telescoop werd aangetoond. Maar de bouw van het 60 keer grotere IceCube was toch wel van een geheel andere dimensie en we vroegen ons echt af of dat enorme beest wel zou werken. Samen met onze collega’s van de ULB, UGent en UMons hebben wij vanuit België vanaf het begin hieraan bijgedragen en is alles zeer succesvol verlopen”, zegt Nick van Eijndhoven, IceCube projectleider en professor aan de VUB.
Het doel van de onconventionele telescoop was signalen te detecteren van passerende astrofysische neutrino's: mysterieuze, piepkleine, extreem lichte deeltjes, ontstaan uit enkele van de meest energetische en verafgelegen verschijnselen in de kosmos. De bouwers van IceCube geloofden dat het bestuderen van deze astrofysische neutrino's verborgen delen van het heelal zou onthullen. "IceCube was een dubbele gok, enerzijds op hoe de technologie zou presteren en anderzijds op de gevoeligheid van het instrument als neutrinotelescoop," zegt de in België geboren Francis Halzen, hoofdonderzoeker van IceCube en professor aan het Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center (WIPAC) van de Universiteit van Wisconsin-Madison, het hoofdkwartier van IceCube.
Telescoop in het ijs
Voor IceCube werden er 86 gaten van bijna tweeënhalve kilometer diep geboord en men liet in elk gat een kabel zakken met 60 lichtdetectoren ter grootte van een basketbal. Het resultaat was een zeshoekig raster van sensoren, ingebed in een kubieke kilometer ijs, ongeveer een kilometer onder het oppervlak van de Antarctische ijskap. Op 18 december 2010 werd de 5160ste lichtsensor in het ijs geplaatst en was de bouw van het IceCube Neutrino Observatorium voltooid. Op 13 mei 2011 verzamelde IceCube zijn eerste gegevens als een voltooid instrument. Sindsdien kijkt IceCube al tien jaar onafgebroken naar de kosmos en verzamelt het gegevens.
In de eerste jaren registreerde IceCube enorme hoeveelheden gegevens, maar pas in 2013 boekte het observatorium zijn eerste belangrijke resultaten. Het kondigde de eerste bewijzen van neutrino’s van buiten ons zonnestelsel aan, met de detectie van twee hoogenergetische neutrinogebeurtenissen en kort daarna de waarnemingvan 26 bijkomende hoogenergetische gebeurtenissen. Sindsdien werden nog meer astrofysische neutrino's waargenomen, van het lokaliseren van potentiële neutrinobronnen tot de recente detectie van een Glashow-resonantie.
Vandaag bestaat het IceCube Consortium uit een diverse groep van meer dan 350 wetenschappers van 53 instellingen in 12 landen op vijf continenten. Het ongewone instrument blijft zijn wetenschappelijke reikwijdte verder uitbreiden, met toonaangevende resultaten op het gebied van de neutrino-eigenschappen, de donkere materie, de kosmische straling en de fundamentele fysica. Hoewel de pandemie het tijdschema enigszins heeft gewijzigd, is financiering verstrekt voor de volgende fase van de detector op de Zuidpool, de IceCube Upgrade, die de weg zal banen naar de geplande grotere, hoogenergetische uitbreiding, IceCube-Gen2.
Brussel als IceCube hub: het VUB-ULB Interuniversitair Instituut voor Hoge Energie
Het Interuniversitair Instituut voor Hoge Energie, IIHE, van de Université Libre de Bruxelles en de Vrije Universiteit Brussel huisvest één van de grootste IceCube analysecentra in Europa. De Brusselse ploeg is diep betrokken bij de zoektocht naar hoge-energie neutrino’s afkomstig van gammaflitsen en actieve melkwegstelsels. “Hoewel we met onze huidige IceCube analyses nog lang niet klaar zijn, werken we met ons Brussels team toch al aan nieuwe projecten voor de uitbreiding van het observatorium. Hierbij leggen wij de focus op het vergroten van het energiebereik voor neutrinodetectie met behulp van radio-antennes, waarmee we (wederom) hopen door te dringen in tot nu toe onontgonnen wetenschappelijk gebied. Het oogsten van de belangrijkste wetenschappelijke resultaten hiervan zal waarschijnlijk plaatsvinden na mijn pensionering, maar gelukkig kan mijn collega Krijn de Vries te zijner tijd de scepter overnemen”, zegt Nick van Eijndhoven tevreden.
Met Belgische financiering
De bouw van IceCube werd gefinancierd met aanzienlijke bijdragen van het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek (FNRS & FWO) in België; het Federaal Ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF) en de Duitse Onderzoeksstichting (DFG) in Duitsland; de Knut and Alice Wallenberg Stichting, het Zweedse Poolonderzoekssecretariaat en de Zweedse Onderzoeksraad in Zweden; en het Onderzoeksfonds van de Universiteit van Wisconsin-Madison in de VS. Het IceCube Neutrino Observatorium zelf wordt hoofdzakelijk gefinancierd door het Amerikaanse National Science Foundation. Het onderzoek wordt gefinancierd door instanties in Australië, België, Canada, Denemarken, Duitsland, Japan, Nieuw-Zeeland, de Republiek Korea, Zweden, Zwitserland, het Verenigd Koninkrijk en de Verenigde Staten. Het onderzoek met IceCube in Brussel werd gerealiseerd met de financiële ondersteuning van het FRS-FNRS en het FWO-Vlaanderen, het FWO Odysseus programma, het Federaal Wetenschapsbeleid (Belspo), en het Agentschap voor Innovatie door Wetenschap en Technologie IWT.