Neutrinoobservatoriet Icecube på sydpolen har fått sin första uppgradering sedan det blev färdigbyggt 2010. Giganten som finns nedborrad 2,5 km i glaciärisen har flertalet svenska bidrag. Den mäter de mycket svårfångade neutrinerna: så gott som masslösa och laddningsfria partiklar som fritt flyger igenom nästan alla material.
Mitt på sydpolen finns Amundsen-Scott-basen, en forskningsutpost mitt på Antarktis glaciärer. Denna unika plats, med 6 månader dagsljus om sommaren och 6 månaders natt på vintern, huserar flertalet vetenskapliga experiment som bara är möjliga på en så pass isolerad plats med speciellt geografiskt läge. Här ligger IceCube Neutrino Observatory som nu färdigställt en stor uppgradering, Icecube Upgrade.
Icecube är inget vanligt observatorium. Medan vanliga teleskop fångar in elektromagnetisk strålning; gammastrålning, röntgen, synligt ljus, infrarött och radiovågor är alla elektromagnetiska strålar, mäter Icecube svårfångade neutriner, en subatomär partikel som är nästan helt utan massa. De går att jämföra med elektroner men är helt utan laddning och ska inte blandas ihop med de mycket större och tyngre – men också oladdade – neutronerna som vanligtvis hittas i atomers kärnor. Neutrinen är extremt vanlig men dess egenskaper gör att den kan passera igenom nästan alla möjliga material. Varje sekund passerar biljoner neutriner genom varje enskild människa. De kan därför sondera vad som händer inom mycket täta miljöer där ljus har svårt att tränga igenom.
Samma anledning till att neutriner är användbara i forskning gör också att de är fruktansvärt svåra att mäta. Hur detekterar man en partikel som bara flyger genom sensorer utan att interagera? Lösningen ligger i att använda stora volymer materia, exempelvis vatten och is. Is finns det som bekant massor av på sydpolen. År 2005 började man därför borra ned drygt 5000 ljussensorer, upphängda i nästan 100 linor, utspridda i en volym på en kubikilometer och som djupast 2500 meter. Borrhålen fylldes sedan med vatten så att allt är begravt i is.
Med en så stor volym av exceptionellt ren is ökar sannolikheten att åtminstone några neutriner krockar med vattenmolekylerna. Då avges en svag ljusblixt – Cherenkovstrålning – som ljussensorerna kan detektera. Denna gigantkonstruktion blev färdig år 2010 och är byggd för att detektera neutriner med mycket högre energi än något annat neutrinobservatorium hittills lyckats med.
Sverige har gjort omfattande bidrag till projektet: en tredjedel av sensorerna är byggda i Sverige, kablarna de hänger i samt kameror för studier av själva isen är utvecklade i Sverige. Svenska forskare utvecklade på 90-talet Amanda (the Antarctic Muon and Neutrino Detector Array), en föregångare till Icecube som bevisade att glaciären var lämplig för ett neutrinobservatorium.
Icecube Upgrade fick sin budget godkänd redan 2019 och har byggts under sommarsäsongerna mellan 2023 och 2026. Lagom till att Amundsen-Scott-basen går in i årets vinterläge blev uppgraderingen färdigställd. Sammanlagt har sex stycken nya strängar med 700 splitternya sensor borrats ned i de centrala delen av observatoriet. Igen har Sverige bidragit. Nya kablar har utvecklats med hjälp av företaget Hexatronic AB och forskare vid både Stockholms universitet och Uppsala universitet har utvecklat nya kameror för kalibrering och glaciärforskning.
I ett pressmeddelande från Uppsala universitet berättar Erin O’Sullivan, docent och talesperson för Icecube, mer om vad uppgraderingen ger för möjligheter.
– Jag hoppas att vi kan se nya källor till neutriner med lägre energi. En bättre förståelse av isen gör det möjligt för oss att analysera 15 års data på nytt och öppnar dörren för upptäckten av nya högenergikällor. Vi kommer också att förbättra vår förmåga att mäta det stora antalet neutriner från vår atmosfär, vilket gör det möjligt för oss att mäta neutrinernas egenskaper. På så sätt är vi inte bara världens ledande neutrinoteleskop, utan också en allt mer kraftfull partikelfysikdetektor.
Icecubes forskning har handlat om att finna neutriner med mycket hög energi, till och med tusentals gånger högre än vad partikelacceleratorer mäktar med. Icecube var först med att detektera astrofysikaliska neutriner, alltså neutriner som kommer direkt från astrofysikaliska källor såsom supernovor eller runt svarta hål och neutronstjärnor. Annars kommer många neutriner från när andra kosmiska strålar kolliderar med jordens atmosfär. Sådana kollisioner ger upphov till en stora skurar kortlivade, exotiska subatomära partiklar och neutriner, liknande sådant som produceras under mer kontrollerade former inne i partikelacceleratorer.
Bland Icecubes många bidrag så har den uppmätt en neutrinkarta över hela jordens himlavalv. Överraskande nog visar den att neutriner från Vintergatan ej dominerar himlen, såsom den gör i elektromagnetisk strålning. Istället är flödet av neutriner från utanför vår galax tio gånger högre. En kraftig källa till högenergetiska neutriner är den extrema miljö som finns nära supermassiva svarta hål i andra galaxer.
Omslagsbild: Icecube-laboratoriet står på isen ovanför observatoriet nära sydpolen. Foto: Ilya Bodo, IceCube/NSF (2025)
