Das von der University of Wisconsin-Madison (UW-M) betriebene IceCube-Neutrino-Observatorium an der Südpolstation Amundsen-Scott in der Antarktis ist eines der ehrgeizigsten Neutrino-Observatorien der Welt. Hinter diesem Observatorium steht die IceCube Collaboration, eine internationale Gruppe von 300 Physikern aus 59 Institutionen in 14 Ländern.
Dieses Observatorium ist auf die Suche nach Neutrinos angewiesen und nutzt einen Kubikkilometer Eis zum Schutz vor äußeren Einflüssen. Diese nahezu masselosen subatomaren Teilchen gehören zu den am häufigsten vorkommenden im Universum und passieren ständig normale Materie.
Durch die Untersuchung dieser Teilchen hoffen Wissenschaftler, Einblicke in einige der heftigsten astrophysikalischen Quellen zu gewinnen – wie Supernovae, Gammastrahlenausbrüche, verschmelzende Schwarze Löcher und Neutronensterne usw. Die Wissenschaftlergruppe hat die Aufgabe, die US-Regierung in Sachen Teilchenphysik zu beraten Die Forschung ist als Particle Physics Project Prioritization Panel (P5) bekannt.
In einem aktuellen Berichtsentwurf mit dem Titel „Pathways to Innovation and Discovery in Particle Physics“ empfahl das P5-Team eine geplante Erweiterung von IceCube. Diese Empfehlung ist eine von mehreren, die die Zukunft der Astrophysik- und Teilchenphysikforschung bestimmen.
Der Bericht empfiehlt außerdem die Unterstützung eines separaten Neutrino-Experiments mit Sitz in Illinois namens „Deep Underground Neutrino Experiment“, zusammen mit mehreren Projekten am Large Hadron Collider des CERN, dem Vera C. Rubin Observatory, dem Cherenkov Telescope Array und der Entwicklung von Bodengeräten der nächsten Generation -basierte Teleskope zur Beobachtung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB). Zu den P5-Beratern gehören zwei Fakultätsmitglieder der UW-Madison, Tulika Bose und Kyle Cranmer, und Physiker der UW-Madison nehmen ebenfalls führende Rollen in den oben aufgeführten Projekten ein.
Bose ist ein experimenteller Teilchenphysiker, der am Compact Muon Solenoid-Experiment am LHC arbeitet. Ihr Forschungsschwerpunkt liegt auf der Suche nach exotischen Teilchen, Dunkler Materie und Standardmodellmessungen. Cranmers Forschung konzentriert sich ebenfalls auf die Suche nach exotischen Teilchen und die Physik jenseits des Standardmodells, zu der auch das ATLAS-Experiment am LHC gehörte. Zusammen mit ihren P5-Kollegen verbrachten die beiden einen Großteil des letzten Jahres damit, die Zukunft der Teilchenphysik einzuschätzen und Projekte zu empfehlen, die zur Weiterentwicklung des Fachgebiets beitragen würden.
Eines der Hauptanliegen des P5-Gremiums ist, wie die Bundesregierung die begrenzten Mittel, die sie für die Teilchenphysikforschung im nächsten Jahrzehnt bereitstellt, maximieren könnte. Dies ist einer der Hauptgründe für die empfohlene IceCube-Erweiterung, umgangssprachlich ICECube-Gen2 genannt. Wie sie in angeben ihren BerichtEine Modernisierung des derzeitigen Observatoriums wäre eine relativ kostengünstige Möglichkeit, die Fähigkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft zum Nachweis und zur Analyse von Neutrinos zu verbessern:
„IceCube-Gen2 verfügt auch über starke wissenschaftliche Argumente in der Multi-Messenger-Astrophysik zusammen mit Gravitationswellenobservatorien … Der Südpol, ein einzigartiger Standort, der die weltweit führende Wissenschaft von CMB-S4 und IceCube-Gen2 ermöglicht, muss als Spitzenreiter erhalten bleiben.“ Standort der Wissenschaft, um den USA weiterhin eine Führungsrolle in diesen Bereichen zu ermöglichen.
„Durch den Einsatz neuer Technologien und die Nutzung des brillanten Eises, das wir mit immer höherer Präzision modellieren können, kann IceCube-Gen2 das Erkennungsvolumen um das Achtfache zu einem mit IceCube vergleichbaren Preis erweitern“, sagte Albrecht Karle, Physiker an der UW-Madison Professor, der das IceCube-Upgrade leitet, in einer Pressemitteilung der UW-M.
Neben der Unterstützung einer IceCube-Erweiterung und anderer großer Experimente empfahl das Gremium eine bessere Finanzierungsverteilung zwischen Projekten aller Größenordnungen, ein aggressiveres Forschungs- und Entwicklungsprogramm, das zu einem Teilchenbeschleuniger der nächsten Generation führen könnte, und die Erweiterung des landesweiten Personals für Spitzentechnologie . Bose gab an, dass sie besonders von der Aussicht auf einen neuen Teilchenbeschleuniger begeistert sei, der möglicherweise in den USA stehen könnte. „Ich bin begeistert von der kühnen langfristigen Vision, die im P5-Bericht vorgestellt wird“, sagte sie. „Ein solcher Collider wäre eine beispiellose globale Anlage, die neue Einblicke in die Geheimnisse unseres Quantenuniversums liefern würde.“
Die Empfehlungen des P5-Gremiums werden derzeit vom High Energy Physics Advisory Panel (HEPAP), einem Teil des US-Energieministeriums (DoE), überprüft, das am 8. Dezember zusammentreten soll, um die Empfehlungen zu besprechen. Eine Online-Version des P5-Berichts kann verfügbar sein hier gefunden auf der Website des DoE und eine zweiseitige Zusammenfassung finden Sie im HEPAP Website hier.