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冰立方中微子天文台

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冰立方微中子觀測站的結構示意圖。

冰立方微中子觀測站英语:IceCube Neutrino Observatory,或簡稱IceCube)是一個位於阿蒙森-斯科特南極站微中子觀測站[1]這個計劃由威斯康辛大學所主導,集合了來自十多個國家超過300名科學家投入其中。[2]

觀測站的數千個探測器位於南極的冰層之下,分佈範圍超過一立方公里。類似其前身南極緲子和微中子觀測陣列英语Antarctic Muon And Neutrino Detector ArrayIceCube的組成包含帶有光電倍增管的球型數位光學模組(DOM)[3],以及數據擷取面板。光學模組佈署在86條深度介於1450到2450公尺深的觀測鍊上,觀測到的資料由則面板傳送位於陣列之上的計算中心。[4] IceCube被設計作用來觀測能量約 1TeV微中子,以用來研究宇宙中極高能量的天文物理現象。IceCube的建造完成於2010年12月8日。[5]

DOM模块被部署成每条有六十个模块的“链条”放在从1450米到2450米深度范围,用热水钻头融化冰来钻孔。IceCube的目的是寻找在TeV的范围内中微子的点源,探索能量最高的天体物理过程。

2013年11月,研究團隊宣佈IceCube已觀測到28個有可能来自于太陽系之外的微中子。[6]

2018年7月12日,冰立方微中子天文台第一次成功確認高能宇宙中微子的來源。[7]

建設過程[编辑]

冰立方微中子觀測站的只能於夏季進行建造,永晝的11月到2月使工程能二十四小時持續進行。最初的建設始於2005年,第一條觀測鏈被埋設以確認光學模組能正確運作。[8]之後2005年到2006年夏季期間完成另外8條觀測鏈,使IceCube成為全球最大的中微子探测器

IceCube的鑽孔設備 ,2009年12月。
設置數量 累計數量
2005年 1 1
2005–2006年 8 9
2006–2007年 13 22
2007–2008年 18 40
2008–2009年 19 59
2009–2010年 20 79
2010–2011年 7 86

2010年12月17日完成全部86條觀測鏈的設置[9][10]。建筑成本是几亿美元。

分探测器[编辑]

"Taklampa", IceCube85號坑的其中一個DOM(數字光學模塊)。

冰立方中微子观测站是由主阵列与几个分探测器组成。

AMANDA[编辑]

IceTop阵列探测器[编辑]

  • IceTop阵列探测器,是冰川的表面上的一系列的切伦科夫探测器,每个IceCube链大约具有两个以上的检测器。IceTop用作宇宙射线淋浴检测器,用于宇宙射线组合物的研究和重合事件的测试:如果μ介子已经被观察到经过IceTop,它不可能与在冰中的一个中微子相互作用。

Deep Core低能量扩展探测器[编辑]

  • Deep Core低能量扩展探测器,是IceCube阵列的仪器密集的区域,延伸到低于100 GeV的可观察到的能量。Deep Core链被部署在更大阵列的中心位置(在表面平面),深入到底部阵列(从1760到2450米之间的深度)中最清澈的冰。在从1850米到2107米的深度之间是没有Deep Core的DOM(数字光学模块),因为冰没有这些层的清澈。

PINGU[编辑]

  • PINGU(精密冰立方中微子觀測站下一代升级),是一个计划中的扩展,将检测到低能量中微子(〜GeV),用于包括确定中微子质量等级,检测陶中微子,并寻找大質量弱相互作用粒子湮灭[12]IceCube-Gen2,作为一个更大观测站的远景规划已经被提出了[13]

參考資料[编辑]

  1. ^ IceCube: Extreme Science!. 威斯康辛大學. 2009-06-30 [2009-10-15]. (原始内容存档于2010-03-14). 
  2. ^ IceCube Quick Facts. 威斯康辛大學. [2015-01-12]. 
  3. ^ R. Abbasi; et al. (IceCube Collaboration). Calibration and Characterization of the IceCube Photomultiplier Tube. Nuclear Instruments and Methods A. 2010, 618: 139–152. Bibcode:2010NIMPA.618..139A. arXiv:1002.2442. doi:10.1016/j.nima.2010.03.102. 
  4. ^ R. Abbasi; et al. (IceCube Collaboration). The IceCube Data Acquisition System: Signal Capture, Digitization, and Timestamping. Nuclear Instruments and Methods A. 2009, 601: 294–316. Bibcode:2009NIMPA.601..294T. arXiv:0810.4930. doi:10.1016/j.nima.2009.01.001. 
  5. ^ IceCube Neutrino Observatory
  6. ^ Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector. Science. 2013, 342 (6161): 1242856–1242856. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.1242856. 
  7. ^ [1]
  8. ^ K. Hutchison. IceCube - One hole done, 79 more to go (新闻稿). Antarctic Sun. 2005-10-24 [2009-10-15]. 
  9. ^ 存档副本. [2011-01-09]. (原始内容存档于2010-12-25). 
  10. ^ World's largest neutrino observatory completed at South Pole (Dec. 17, 2010)
  11. ^ Aartsen, M.G.; 等. Measurement of South Pole ice transparency with the IceCube LED calibration system. Nucl.Instrum.Meth. 2013, A711: 73–89. Bibcode:2013NIMPA.711...73A. arXiv:1301.5361. doi:10.1016/j.nima.2013.01.054. 
  12. ^ IceCube looks to the future with PINGU. 2013-12-30. 
  13. ^ IceCube-Gen2: A Vision for the Future of Neutrino Astronomy in Antarctica. arXiv. 2014-12-18. 

外部連結[编辑]