Obserwatorium IceCube zakończyło modernizację: rekordowa czułość na neutrina i najgłębsze sejsmometry na świecie

Obserwatorium neutrinowe IceCube, zlokalizowane w amerykańskiej bazie polarnej Amundsen-Scott na Biegunie Południowym, pomyślnie sfinalizowało zakrojoną na szeroką skalę modernizację swojej infrastruktury. Dzięki tym działaniom placówka znacząco zwiększyła zdolność do rejestrowania neutrin o niższych energiach, co otwiera nowy rozdział w badaniach astrofizycznych. Cały projekt, obejmujący trzy intensywne kampanie terenowe rozpoczęte w 2023 roku, został oficjalnie zakończony na początku 2026 roku po wykonaniu serii skomplikowanych odwiertów w lodzie na głębokość przekraczającą 1,6 kilometra. W ramach przeprowadzonych prac zainstalowano ponad 600 nowoczesnych, wysoce czułych modułów optycznych, które rozmieszczono na sześciu nowych kablach. Tym samym łączna liczba kabli w detektorze wzrosła do 92, a wszystkie one są precyzyjnie osadzone w jednym kilometrze sześciennym lodu antarktycznego.

Zwiększenie zagęszczenia czujników wewnątrz lodowej matrycy ma fundamentalne znaczenie dla poprawy precyzji pomiarów oscylacji neutrin, co umacnia pozycję IceCube jako wiodącego ośrodka badającego neutrina atmosferyczne na ogromnych dystansach. Nowo wdrożone komponenty, w tym zaawansowane cyfrowe moduły optyczne z wieloma fotopowielaczami (mDOM) oraz jednostki typu D-Egg, charakteryzują się dwu- lub nawet trzykrotnie wyższą czułością w porównaniu do sensorów poprzedniej generacji. Ten skok technologiczny umożliwi naukowcom przeprowadzenie ponownej, znacznie dokładniejszej analizy danych gromadzonych przez ostatnie 15 lat. Pozwoli to na doprecyzowanie wiedzy o tak zwanych zapachach neutrin oraz składzie promieniowania kosmicznego. Według National Science Foundation (NSF), modernizacja ta gwarantuje Stanom Zjednoczonym pozycję lidera w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych przed planowaną rozbudową systemu do standardu IceCube-Gen2.

Równolegle z badaniami z zakresu fizyki wysokich energii, we współpracy z Amerykańską Służbą Geologiczną (USGS), w głębi lądolodu zainstalowano dwa nowe sejsmometry, które stały się najgłębiej umieszczonymi urządzeniami tego typu w historii nauki. Czujniki te, osadzone na głębokości ponad 8000 stóp (około 2,5 kilometra) pod powierzchnią lodu na Biegunie Południowym, wykorzystują unikalne, ultra-ciche środowisko do monitorowania globalnej aktywności sejsmicznej oraz badania struktury głębokich warstw Ziemi z niespotykaną dotąd klarownością. Rozmieszczenie tych instrumentów, sfinalizowane w styczniu 2026 roku, znacząco rozszerza kluczową Globalną Sieć Sejsmograficzną USGS i jest owocem ścisłego partnerstwa z Uniwersytetem Wisconsin-Madison.

Nowoczesne sejsmometry zostały zaprojektowane w taki sposób, aby przetrwać w warunkach ekstremalnego zimna i ogromnego ciśnienia, dochodzącego do 8500 funtów na cal kwadratowy. Dane pozyskiwane przez te urządzenia będą miały realny wpływ na poprawę globalnego bezpieczeństwa i gotowości na wypadek klęsk żywiołowych, wspierając systemy wczesnego ostrzegania przed tsunami oraz monitorowanie międzynarodowych testów nuklearnych. Co istotne, do instalacji tych instrumentów wykorzystano obudowy pierwotnie opracowane na potrzeby eksperymentów IceCube związanych z poszukiwaniem ciemnej materii. Takie innowacyjne podejście wzmacnia długofalowy monitoring geofizyczny prowadzony w jednym z najbardziej niedostępnych i wymagających miejsc na naszej planecie.

Cały proces modernizacji IceCube, który trwał około siedmiu lat (wliczając w to fazę projektowania i testowania nowego sprzętu), stanowi solidny fundament pod przyszłą ekspansję w ramach projektu IceCube-Gen2. Planowane rozszerzenie będzie obejmować trzy główne komponenty: powiększoną matrycę optyczną, znacznie większy układ radiowy do wykrywania neutrin o ultrawysokich energiach oraz specjalistyczną matrycę powierzchniową. Nowa struktura ma na celu badanie nieba w zakresie energii od TeV do EeV, co pozwoli odpowiedzieć na fundamentalne pytania o pochodzenie najbardziej energetycznych cząstek we wszechświecie i przetestować granice Modelu Standardowego fizyki. Pomyślne zakończenie obecnej aktualizacji, zwiększającej czułość w zakresie GeV, zapewnia społeczności naukowej ciągłość badań do czasu pełnego uruchomienia detektorów nowej generacji.