Am 22.3. nahmen 2 Schülerinnen und ein Schüler an der vom Erlangen Center of Astroparticle Physics (EPAC) veranstalteten Masterclass ICECube teil. Dazu fuhren sie zusammen mit ihrem Lehrer Herrn Lormes an die Universität Erlangen, wo der ganztägige Workshop stattfand.

Das IceCube Experiment ist ein physikalisches Experiment am Südpol, bei dem das klare Eis des rund 3000m hohen Gletschers als Detektor benutzt wird, um Neutrinos nachzuweisen, die außerhalb unserer Erdatmosphäre entstanden sind um so Aussagen über den Urknall, Schwarze Löcher oder Supernovae machen zu können. 

In einem einführenden Vortag erfuhren die rund 30 anwesenden Schülerinnen und Schüler zunächst wie die Materie gemäß dem Standardmodell der Teilchenphysik aus Leptonen und Quarks aufgebaut ist und wie sich Physiker aktuell die Wirkung der 4 fundamentalen Kräfte durch den Austausch von Wechselwirkungsbosonen vorstellen. 

In diesem Zusammenhang konnte dann auch erklärt werden, dass die meisten auf der Erde auftreffenden Müonen und Neutrinos atmosphärischen Ursprungs sind und deshalb wenig zur Lösung der eingangs gestellten Fragen beitragen können. 

Nach rund einer dreiviertel Stunde ging es dann das erste Mal ans selber tun. Jede Kleingruppe durfte sich ihre eigene Nebelkammer bauen. Dazu wurde Trockeneis, eine schwarz eloxierte Aluminiumplatte, ein mit Alkohol getränkter Schwamm und ein durchsichtiges Plastikgefäß verteilt. Mit diesen einfachen Mitteln gelang es auf Grund eines sich einstellenden Temperaturgradienten eine übersättigte Alkohol-Luft-Mischung herzustellen, in der ionisierende Teilchen wie z.B. Photoelektronen, Alpha-Teilchen oder Müonen Nebelspuren hinterlassen, die von jeder Teilnehmerin und jedem Teilnehmer gut beobachtet werden konnten. Ein etwas professionellerer Aufbau konnte im Anschluss an die eigenen Experimente im Treppenhaus des physikalischen Instituts betrachtet werden und es war durchaus erstaunlich, wie viele Nebelspuren sich dort abzeichneten.

In einem zweiten Vortrag von Frau Prof. Anton erfuhren die Schülerinnen und Schüler dann, dass kosmische Strahlung z.B. in stellaren Jets, Gamma-Ray Bursts oder in schwarzen Löchern entstehen. Nachdem die Herkunft der interessierenden Strahlung geklärt war, wurde im nächsten Schritt beschrieben, wie man die in den drei beschriebenen Szenarien entstandenden, aber fast nicht wechselwirkenden Neutrinos überhaupt detektieren, geschweige denn ihre Herkunftsrichtung bestimmen kann. Glücklicherweise können die Neutrinos mit Atomkernen wechselwirken, wobei über die schwache Wechselwirkung ein geladenes Müon entsteht, das seinerseits sogeannte Cherenkov-Strahlung freisetzt, die über optische Sensoren zeit- und ortsaufgelöst detektiert werden kann. Da die Müon-Enstehung wegen der sehr seltenen Wechselwirkung von Neutrinos mit Atomkernen aber nur sehr spärlich eintritt sind große Detektoren nötig, um für eine über die Statistik gestützte Aussage genügend Events registriert zu bekommen. Und hierbei hilft das IceCube Experiment am Südpol.

Bei diesem Experiment würden auf einer Fläche von einem Quadratkilometer 86 Löcher bis auf eine Tiefe von 1450m bis 2450m gebohrt, in die an einem Seil jeweils 60 optische Detektoren abgelassen wurden, so dass sich ein effektives Detektorvolumen von einem Kubikkilometer mit 5160 Detektoren ergibt, die das Cherenkov-Licht räumlich und zeitlich aufgelöst detektieren.      

Im Anschluss an diesen Vortrag ging es dann erst einmal in die Mensa am roten Platz um sich zu stärken.

Der Nachmittag begann dann damit, Events, wie sie mit dem IceCube Experiment gewonnen wurden auszuwerten. Dazu bearbeiteten die Schülerinnen und Schüler interaktiv Beispiele auf der Internetseite der IceCube Masterclass (https://masterclass.icecube.wisc.edu/en/learn/detecting-neutrinos). Hierbei galt es zu lernen, Events, die von in der Atmosphäre entstandenen Müonen ausgelöst wurden, von denjenigen zu unterscheiden, die durch Neutrinos aus dem Weltall erzeugt wurden. Dies gelingt einerseits durch die Betrachtung der vom Cherenkov-Licht freigesetzten Energie und andererseits durch die Untersuchung wo das Cherenkov-Licht seinen Ursprung hatte. Nachdem alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer das abschließende Quiz erfolgreich absolviert hatten wartete noch ein weitere Highlight auf sie.

Gegen 16:00 Uhr begann eine Videokonferenz mit der parallel am DESY-Standort in Zeuthen stattfindenden IceCube Masterclass. Nachdem die Schülerinnen und Schüler sich über ihre Erfahrungen und noch offene Fragen ausgetauscht hatten, erzählte ein Wissenschaftler anhand einer Präsentation von seinen Erfahrungen während seines Aufenthalts in der Forschungsstation am Südpol. Von dauernder Dunkelheit während des Winters, über seine Aufgaben während der Expedition bis hin zu den Belastungen bei der Arbeit auf dem Gletscher am Südpol in 3000m Höhe. 

Nach der rund halbstündigen Videokonferenz hatten die Erlanger Teilnehmerinnen und Teilnehmer dann noch Gelegenheit „ihren“ Doktoranden, der für 3 Monate ebenfalls am Süpol geforscht hat zu befragen. Hier kamen dann z.B. Fragen über die medizinische Versorgung vor Ort, die Trinkwassergewinnung und die Abwasserbeseitigung auf. Für ein Schmunzeln sorgten in diesem Zusammenhang die Äußerungen, dass Duschen pro Person nur 3 mal die Woche für 2 Minuten erlaubt sei und dass eine Toilettenspülung 500 EUR(!) koste.

Nach einer kurzen Feedbackrunde, die äußerst positiv verlaufen ist, endete der ereignisreiche und spannende Tag für unsere drei MGFler am EPAC in Erlangen.