År 2013 utsåg redaktionen för tidskriften Physics World upptäckten av högenergetiska neutriner med kosmiskt ursprung till årets genombrott inom fysiken. Upptäckten som uppmärksammats med denna fina utmärkelse gjordes vid neutrinoteleskopet IceCube på Sydpolen.

IceCube är idag världens ledande neutrinoteleskop. Detektorn har byggts i isen på den geografiska sydpolen, bredvid den amerikanska forskningsstationen Amundsen-Scott. Drygt 5 000 optiska sensorer har installerats i glaciärisen på 1 500-2 500 m djup. Den instrumenterade volymen av is är 1 km³. Installationen av sensorer påbörjades 2004 och blev klar i december 2010. Datauttagning med den färdigställda detektorn pågår kontinuerligt sedan maj 2011, men data kunde samlas in tidigare än så med den delvis färdigställda detektorn.

Upptäckten innebär att ett nytt fönster öppnas för observationer av universum

Den första analysen som så småningom ledde till upptäckten av neutriner gjordes redan under 2012. Vi fann då två händelser som hade mycket hög energi, drygt 1 PeV (10¹⁵eV). Dessa händelser publicerades under sommaren 2013 i Physical Review Letters (nr 111, 2013). Enbart två händelser var dock inte tillräckligt många för att klargöra om de kom från bakgrundsprocesser eller om de hade ett astrofysikaliskt ursprung. Händelsernas egenskaper motiverade utvecklingen av ett nytt sätt att filtrera data för att hitta händelser med startpunkt inne i detektorn. Energitröskeln kunde med den nya analysen sänkas utan att bakgrunden blev överväldigande. I analysen hittades de två tidigare funna händelserna samt ytterligare 26 händelser med energier över 0,05 PeV. Därmed blev det tydligt att en stor del av neutrinerna som hittades måste ha kosmiskt ursprung. Upptäckten publicerades, med bild på förstasidan, i tidskriften Science (nr 342, 2013).

Upptäckten innebär att ett nytt fönster öppnas för observationer av universum. Neutriner kommer att ge information om den kosmiska strålningens¹ källor och om accelerationsprocesser. I den första kartan över händelserna syns ännu ingen tydlig källa. Ett 50-tal vetenskapliga artiklar med olika förklaringar och teorier för de funna händelserna har redan publicerats av andra forskare.

Neutrinerna ger information om den kosmiska strålningens källor

I och med upptäckten av de kosmiska neutrinerna har IceCube nått ett viktigt mål. Kollaborationen planerar nu för en utvidgning av detektorn så att vi snabbare skall kunna kartlägga neutrinoflödet och därigenom förstå mer om hur universum utvecklas. Planer finns även för att installera en ytterligare förtätning av detektorer centralt i detektorn för att mäta neutriner med energier i GeV-området. Avsikten är att bestämma förhållanden mellan massorna på de olika neutrinotyperna.

Kollaborationen har under 2013 publicerat 18 vetenskapligt granskade artiklar, ytterligare sex har skickats in. Resultat har även presenterats vid ett stort antal konferenser. På flera områden har detektorn och analysmetoderna visat sig överträffa förväntningarna. Datatagning planeras ske i många år för att nå den slutliga känsligheten för neutrinoflöden och för att bevaka tidsberoende källor i universum.

IceCube-kollaborationen ser fram mot datatagning och analys under 2014 som kan bli mycket spännande för neutrinoastronomin.

¹ Kosmisk strålning upptäcktes för 100 år sedan då Viktor Hess år 1912 steg upp med en ballong till 5 000 m höjd. Han hade förväntat sig att den joniserande strålningen skulle minska när han kom längre från jordytan, men fick motsatt resultat. Mycket är fortfarande okänt om ursprunget till denna strålning.