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冰立方中微子天文台

南極洲的中微子探測器

冰立方微中子觀測站（英語：IceCube Neutrino Observatory，或簡稱IceCube）是一個位於阿蒙森-斯科特南極站的微中子觀測站[1]。這個計劃由威斯康辛大學所主導，集合了來自十多個國家超過300名科學家投入其中[2]。

冰立方微中子觀測站
IceCube Neutrino Observatory
冰立方微中子觀測站的結構示意圖。
冰立方中微子天文台在Earth的位置
冰立方中微子天文台
冰立方微中子觀測站
IceCube Neutrino Observatory的位置
組織威斯康辛大學
位置阿蒙森-斯科特南極站
座標89°59′24″S 63°27′11″W / 89.99000°S 63.45306°W / -89.99000; -63.45306
網址icecube.wisc.edu
望遠鏡
Telescope
Neutrino
位置
地圖
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觀測站的數千個探測器位於南極的冰層之下，分佈範圍超過一立方公里。類似其前身南極緲子和微中子觀測陣列（英語：Antarctic Muon And Neutrino Detector Array）（AMANDA），IceCube的組成包含帶有光電倍增管的球型數位光學模組（DOM）[3]，以及數據擷取面板。光學模組佈署在86條深度介於1450到2450公尺深的觀測鍊上，觀測到的資料由則面板傳送位於陣列之上的計算中心[4]。IceCube被設計作用來觀測能量約1 TeV的微中子，以用來研究宇宙中極高能量的天文物理現象。IceCube的建造完成於2010年12月8日[5]。

DOM模塊被部署成每條有六十個模塊的「鏈條」放在從1450米到2450米深度範圍，用熱水鑽頭融化冰來鑽孔。IceCube的目的是尋找在TeV的範圍內中微子的點源，探索能量最高的天體物理過程。

2013年11月，研究團隊宣佈IceCube已觀測到28個有可能來自於太陽系之外的微中子[6]。

2018年7月12日，冰立方微中子天文台第一次成功確認高能宇宙中微子的來源[7]。

建設過程

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IceCube的鑽孔設備 ，2009年12月。

冰立方微中子觀測站只能於夏季進行建造，永晝的11月到2月使工程能二十四小時持續進行。最初的建設始於2005年，第一條觀測鏈被埋設以確認光學模組能正確運作。[8]之後2005年到2006年夏季期間完成另外8條觀測鏈，使IceCube成為全球最大的中微子探測器。

設置數量 累計數量
2005年 1 1
2005–2006年 8 9
2006–2007年 13 22
2007–2008年 18 40
2008–2009年 19 59
2009–2010年 20 79
2010–2011年 7 86

2010年12月17日完成全部86條觀測鏈的設置[9][10]。建築成本接近3億美元。

分探測器

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"Taklampa"， IceCube85號坑的其中一個DOM(數字光學模塊)。

冰立方中微子觀測站是由主陣列與幾個分探測器組成。

AMANDA

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IceTop陣列探測器

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  • IceTop陣列探測器，是冰川的表面上的一系列的切倫科夫探測器，每個IceCube鏈大約具有兩個以上的檢測器。IceTop用作宇宙射線淋浴檢測器，用於宇宙射線組合物的研究和重合事件的測試：如果μ介子已經被觀察到經過IceTop，它不可能與在冰中的一個中微子相互作用。

Deep Core低能量擴展探測器

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  • Deep Core低能量擴展探測器，是IceCube陣列的儀器密集的區域，延伸到低於100 GeV的可觀察到的能量。Deep Core鏈被部署在更大陣列的中心位置（在表面平面），深入到底部陣列（從1760到2450米之間的深度）中最清澈的冰。在從1850米到2107米的深度之間是沒有Deep Core的DOM（數字光學模塊），因為冰沒有這些層的清澈。

PINGU

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  • PINGU（精密冰立方中微子觀測站下一代升級），是一個計劃中的擴展，將檢測到低能量中微子（〜GeV），用於包括確定中微子質量等級，檢測陶中微子，並尋找大質量弱相互作用粒子湮滅[12]。IceCube-Gen2，作為一個更大觀測站的遠景規劃已經被提出了[13]。

參考資料

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  1. ^ IceCube: Extreme Science!. 威斯康辛大學. 2009-06-30 [2009-10-15]. （原始內容存檔於2010-03-14）. 
  2. ^ IceCube Quick Facts. 威斯康辛大學. [2015-01-12]. （原始內容存檔於2014-12-27）. 
  3. ^ Abbasi, R.; Abdou, Y.; Abu-Zayyad, T.; Adams, J.; Aguilar, J.A.; Ahlers, M.; Andeen, K.; Auffenberg, J.; Bai, X. Calibration and characterization of the IceCube photomultiplier tube. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2010-06, 618 (1-3): 139–152 [2022-04-21]. Bibcode:2010NIMPA.618..139A. arXiv:1002.2442  . doi:10.1016/j.nima.2010.03.102. （原始內容存檔於2022-06-16） （英語）. 
  4. ^ Abbasi, R.; Ackermann, M.; Adams, J.; Ahlers, M.; Ahrens, J.; Andeen, K.; Auffenberg, J.; Bai, X.; Baker, M. The IceCube data acquisition system: Signal capture, digitization, and timestamping. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2009-04, 601 (3): 294–316. Bibcode:2009NIMPA.601..294T. arXiv:0810.4930  . doi:10.1016/j.nima.2009.01.001 （英語）. 
  5. ^ IceCube Neutrino Observatory. [2015-01-13]. （原始內容存檔於2015-01-12）. 
  6. ^ IceCube Collaboration*. Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector. Science. 2013-11-22, 342 (6161): 1242856. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.1242856 （英語）. 
  7. ^ Breakthrough in the search for cosmic particle accelerators: Scientists trace a single neutrino back to a galaxy billions of light years away. ScienceDaily. [2022-04-21]. （原始內容存檔於2018-07-17） （英語）. 
  8. ^ IceCube - One hole done, 79 more to go. SpaceRef. [2022-04-21]. [失效連結]
  9. ^ IceCube Neutrino Detector COMPLETE. [2011-01-09]. （原始內容存檔於2010-12-25）. 
  10. ^ World's largest neutrino observatory completed at South Pole (Dec. 17, 2010). [2015-01-13]. （原始內容存檔於2015-01-13）. 
  11. ^ Aartsen, M.G.; Abbasi, R.; Abdou, Y.; Ackermann, M.; Adams, J.; Aguilar, J.A.; Ahlers, M.; Altmann, D.; Auffenberg, J. Measurement of South Pole ice transparency with the IceCube LED calibration system. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2013-05, 711: 73–89 [2022-04-21]. Bibcode:2013NIMPA.711...73A. arXiv:1301.5361  . doi:10.1016/j.nima.2013.01.054. （原始內容存檔於2022-06-29） （英語）. 
  12. ^ IceCube looks to the future with PINGU. 2013-12-30. （原始內容存檔於2015-10-06）. 
  13. ^ Gen2 Collaboration; Aartsen, M. G.; Ackermann, M.; Adams, J.; Aguilar, J. A.; Ahlers, M.; Ahrens, M.; Altmann, D.; Anderson, T. IceCube-Gen2: A Vision for the Future of Neutrino Astronomy in Antarctica. 2014 [2022-04-21]. arXiv:1412.5106  . doi:10.48550/ARXIV.1412.5106. （原始內容存檔於2022-07-07）. 

外部連結

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