Auf der Jagd nach Neutrinos: ein Winter am Südpol

Porträt-Foto von E. Jacobi mit Fellanorak, Schutzbrille und Gesichtsmaske (credit: E. Jacobi)

Es war eine großartige Zeit! 

Die Zeit im antarktischen Winter war eine einzigartige Erfahrung. Wir waren eine Gruppe von 47 Personen und für zehn Monate vollkommen isoliert. Hinzu kamen die meiste Zeit noch völlige Dunkelheit und extreme Kälte. Wiederkommen würde ich trotzdem jederzeit – allerdings ist der Südpol als Arbeitsort auch bei DESY eher die Ausnahme.

Emanuel Jacobi, Forscher bei DESY

Auf der Suche nach Geisterteilchen

Die Antarktis ist sicherlich der südlichste Ort astrophysikalischer Forschung. Nahe der Amundsen-Scott-Südpolstation auf 2835 Meter Höhe inmitten der antarktischen Eiswüste steht hier das internationale Neutrinoteleskop IceCube, an dem auch das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY) beteiligt ist.

Neutrinos sind extrem leichte Teilchen, die nahezu ungestört durch alles hindurch­fliegen, was sich ihnen in den Weg stellt. Sie entstehen zum Beispiel bei der Kernfusion im Innern der Sonne oder bei Stern­explosionen, sogenannten Supernovae. Die geisterhaften Teilchen aus den Weiten des Alls lassen sich nur mit viel Aufwand nachweisen, beispielsweise in großen Tanks in Bergwerken oder mit Messapparaturen in Seen und Ozeanen – oder im ewigen Eis.

IceCube in Zahlen:

  • Volumen: ein Kubikkilometer

  • Tiefe im Eis: zwischen 1450 und 2450 Metern

  • Gesamtanzahl der optischen Module: 5160

  • 100.000 Neutrino-Detektionen pro Jahr

Versenken eines IceCube-Moduls am Südpol, Blick in das Bohrloch. (Credit: DESY)

Ein Detektor im Eis

Von 2004-2010 arbeitete ein internationales Konsortium an der Konstruktion von IceCube. Die technologischen und logistischen Herausforderungen sind enorm. Das Neutrinoteleskop besteht aus mehreren Tausend Glaskugeln mit Lichtsensoren, den so genannten optischen Modulen, die an langen Trossen befestigt wie Perlschnüre tief ins Polareis der Antarktis eingeschmolzen sind. Für jede dieser Trossen mussten die Forscher ein Bohrloch von 2.450 Metern Länge bohren. Eine mühsame Arbeit: pro Loch dauerte der Bohrprozess im Schnitt 48 Stunden. Den Aufbau von IceCube unterstützten pro Jahr kontinuierlich über 100 Personen über sieben Jahre hinweg.

Wohnen und Arbeiten am Südpol

Wer am Südpol arbeitet, muss mit extremer Kälte, niedrigem Luftdruck und sehr niedriger Luftfeuchtigkeit umgehen. Die Haupt­aktivitäten finden während der antarktischen Sommermonate von November bis Februar statt. Dann sind etwa 150 Personen in der Amundsen-Scott-Südpolstation unter­gebracht. Zu der Station gehören neben den Wohnräumen auch Sport- und Freizeit­einrichtungen sowie eine erstaunlich gute Kombüse. DESY-Forscher Emanuel Jacobi verbrachte in der Saison 2010 ohne Unterbrechung 13 Monate am Südpol, damals noch für die University of Wisconsin. Diese Zeit beeindruckte ihn so sehr, dass er sich daraufhin für eine Doktor­arbeit bei DESY im IceCube-Team bewarb. Heute arbeitet er bei DESY in Zeuthen an einer Software, die den IceCube-Detektor für die Suche nach magnetischen Monopolen, das Thema seiner Doktorarbeit, nutzen soll. Einen weiteren Besuch bei IceCube wird es in dieser Form für ihn nicht geben. Seit der Aufbau des Detektors abgeschlossen ist, ist nur wenig IceCube-Personal vor Ort. Besuche in der Antarktis gehören also keinesfalls zum Tagesgeschäft, die Chance für einen Kurzaufenthalt von einigen Wochen besteht aber auch heute noch für DESY-Doktoranden und Postdocs.

Winterover

Während der Wintersaison verbleibt nur eine Basis-Crew von etwa 50 Personen, die so genannten Winterover in der Station. Zu den klimatischen Bedingungen kommt die soziale Herausforderung, eine lange Zeit mit wenigen Personen auf engem Raum zu verbringen. Im Winter 2010 war Emanuel Jacobi mit einem Kollegen von der University of Wisconsin am Südpol dafür verantwortlich, den IceCube-Detektor und seine Rechner-Anlagen am Laufen zu halten und für die Archivierung der Daten zu sorgen. Einen geregelten Tages­ablauf für die Wissenschaftler gab es nicht. Traten Probleme mit dem Detektor auf, wurden sie per Satelliten-Piepser alarmiert, egal zu welcher Uhrzeit. Im Falle eines Hardware-Problems folgte dann der Weg von der Station zum IceCube-Labor – ein Kilometer entlang von Markierungen durch die einsame, weiße Winternacht.

Bei Reparaturen mussten sie oftmals improvisieren. Denn etwas während dieser Monate zum oder vom Südpol zu trans­portieren ist unmöglich. Die Temperatur ist mit bis zu unter minus siebzig Grad Celsius so niedrig, dass Flugzeuge nicht mehr landen können. Der Sonnenaufgang nach sechs Monaten kündigt den nahenden Sommer an. Der Moment, wenn das erste Flugzeug landet ist immer ein besonders emotionaler Moment für die Winterover – noch mehr aber schließlich der Zeitpunkt, an dem sie selbst aus einem Flugzeug zurück auf die Station blicken und sich nach so langer Zeit vom Südpol verabschieden.