KM3NeT (der Name leitet sich ab von „Kubikkilometer-Neutrino-Teleskop“) ist ein seit Ende 2015 im Aufbau befindliches unterseeisches Großinstrument zur Detektion von Neutrinos kosmischer Herkunft. Das Neutrino-Teleskop besteht aus einem Tscherenkow-Detektor mit einem instrumentierten Volumen von etwa fünf Kubikkilometern, das über drei Orte im Mittelmeer verteilt ist: KM3NeT-Fr (vor Toulon, Frankreich), KM3NeT-It (vor Portopalo di Capo Passero, Sizilien, Italien) und KM3NeT-Gr (vor Pylos, Peloponnes, Griechenland).

KM3NeT wird nach Neutrinos aus entfernten astrophysikalischen Quellen wie Supernova-Überresten, Gammastrahlenausbrüchen, Supernovae oder kollidierenden Sternen suchen und wird ein mächtiges Werkzeug bei der Suche nach Dunkler Materie im Universum sein. Sein Hauptziel ist es, Neutrinos aus Quellen in unserer Galaxie zu entdecken. Arrays aus Tausenden von optischen Sensormodulen werden in der Tiefsee das schwache Licht von geladenen Teilchen detektieren, die von Kollisionen der Neutrinos mit Materie in der Nähe des Detektors stammen. Die Forschungsinfrastruktur wird auch Instrumente für andere Wissenschaften wie Meeresbiologie, Ozeanographie und Geophysik enthalten, um die Tiefsee-Umgebung und den Meeresboden in einer Tiefe von mehreren Kilometern langfristig und online zu überwachen.

Nach Fertigstellung wird die KM3NeT-Forschungsinfrastruktur aus sieben großen Subdetektoren bestehen. Sechs davon werden das eigentliche Teleskop bei der Suche nach Neutrino-Quellen bilden. Der siebte Subdetektor wird optimiert, um die Eigenschaften des Neutrinos selbst zu messen. In diesem Sinne ist der letztere Detektor ein Neutrinoteilchen-Physikdetektor.

Design

Das vollständige Neutrinoteleskop wird in etwa 12000 druckfeste Glaskugeln enthalten, die an etwa 600 Strängen befestigt sind. Die Stränge enthalten jeweils 18 Sensorkugeln, die am Meeresboden verankert sind und von Schwimmkörpern getragen werden. Jede Kugel, die als "digitales optisches Modul" (DOM) bezeichnet wird, hat einen Durchmesser von etwa 43 cm, enthält 31 7,6 cm große Photomultiplier-Röhren mit unterstützender Elektronik und kommuniziert mit hoher Bandbreite mittels eines optischen Netzwerkes.

Am Ufer eines jeden KM3NeT-Installationsortes führt eine Computerfarm den ersten Datenfilter bei der Suche nach Signalen kosmischer Neutrinos durch, bevor die Daten an ein zentrales KM3NeT-Datenzentrum zur Speicherung und weiterer Analyse durch die KM3NeT-Wissenschaftler gestreamt werden.

Die KM3NeT-IT-Anlage in einer Tiefe von 3400 m beherbergt den ARCA-Detektor mit weit auseinander liegenden DOMs, die für die Detektion hochenergetischer kosmischer Neutrinos im TeV-PeV-Bereich optimiert sind. Seine Stränge sind 650 m lang und 90 m voneinander entfernt.

Die französische KM3NeT-Stelle in einer Tiefe von 2475 m beherbergt den ORCA-Detektor, eine kompaktere Anordnung mit engeren Sensoren, die für atmosphärische Neutrinos im GeV-Bereich optimiert sind. Diese besteht aus 115 Strängen in einem 20 m Dreiecksgitter mit einem Abstand von 9 m zwischen den DOMs an einem Strang. Insgesamt hat das Array einen Durchmesser von etwa 210 m und die Stränge sind 200 m lang.

Konstruktion

Im Jahr 2012 begann die erste Phase der Umsetzung der KM3NeT-Forschungseinrichtung mit dem Bau der Meeresbodeninfrastruktur an den Standorten KM3NeT-Fr und KM3NeT-It. Ein Prototyp des KM3NeT Digital Optical Module (KM3NeT-DOM) nimmt seit über einem Jahr erfolgreich Daten des ANTARES-Teleskops auf. Der KM3NeT-Fr-Aufstellungsort in der Nähe des ANTARES-Teleskops wird für die Installation der ersten Strings für den KM3NeT / ORCA-Detektor für die Neutrinoteilchenphysik vorbereitet. Am italienischen KM3NET-Standort nahm der erste KM3NeT-Prototyping-String erfolgreich Daten für etwa ein Jahr auf. Diese Seite wird für die Installation der ersten vollständigen Strings ab Ende 2015 vorbereitet.

Stand April 2021 befinden sich für das ARCA Teleskop sechs Detektoreinheiten in Betrieb und nehmen Daten auf.

Mit Stand November 2021 sind für KM3NeT/ORCA 10 Detektorheinheit installiert und in Betrieb.

Einzelnachweise

  1. ↑ KM3Net Kollaboration: Letter of intent for KM3NeT 2.0. In: J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. Band 43, Nr. 084001. IOP Publishing, 24. Juni 2016, S. 131, doi:10.1088/0954-3899/43/8/084001.
  2. ↑ Six KM3NeT/ARCA detection units operational in the deep sea. In: km3net.org. 15. April 2021, abgerufen am 5. Oktober 2021 (englisch).
  3. ↑ Welcome, ORCA-10! In: km3net.org. KM3NeT Collaboration, 22. November 2021, abgerufen am 26. November 2021 (englisch).
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