Das IceTop-Experiment


      IceTop ist eine Anordnung von Teilchendetektoren verteilt über einen Quadratkilometer, die am geographischen Südpol als Oberflächenkomponente des IceCube-Neutrinoteleskops aufgebaut sind. Ziel ist es, ausgedehnte Teilchenschauer nachzuweisen, die von hochenergetischer kosmischer Strahlung in der Atmosphäre ausgelöst werden.

      IceTop besteht aus 80 Stationen mit insgesamt 160 Eistanks. Bei einem mittleren Abstand der Stationen von 125m erlaubt dies die Messung der kosmischen Strahlung mit Energien zwischen 1014 eV und 1018 eV. Man erwartet, dass das Spektrum der kosmischen Strahlung in diesem Energiebereich zwei Knicke aufweist. Der erste Knick wurde bereits von mehreren Experimenten beobachtet und wird oft als "Knie" bezeichnet. Es befindet sich bei einer Energie, bei der wahrscheinlich leichte Teilchen, wie z.B. Protonen, der kosmischen Strahlung aus der Galaxie entweichen kann und die beobachteten Flüsse daher schneller abnehmen. Ein zweites "Knie" wird bei den Energien erwartet, bei denen auch die schwereren Teilchen, wie zum Beispiel Eisenkerne, aus der Galaxie entweichen können. Es wurde jedoch noch nicht eindeutig experimentell bestätigt.

      Durch die Messung von koinzidenten Ereignissen in IceTop und IceCube ist es möglich, die elektromagnetische und die myonische Komponente von Luftschauern getrennt zu messen. Diese beiden Komponenten besitzen eine unterschiedliche Abhängigkeit von der Energie und der Masse des Primärteilchens. Durch Messung der beiden Komponenten lassen sich also sowohl Energie als auch Masse derzeit Primärteilchen bestimmen.

      Als Teil von IceCube hat IceTop die folgenden Hauptziele:

      • Messung koinzidenter Ereignisse in IceTop und IceCube, um die Änderung der chemischen Zusammensetzung der kosmischen Strahlung im Bereich des Knies und des zweiten Knies zu untersuchen
      • Kalibration von IceCube mithilfe der Rekonstruktion von Myonbündeln und Luftschauern
      • Verbesserung der Untergrundunterdrückung von IceCube, indem IceTop als Veto für Luftschauer benutzt wird
      • Durch die kontinuierliche Messung von Diskriminatorzählraten in den IceTop-Tanks lässt sich auch der Fluss der niederenergetischen Strahlung von der Sonne messen. Das ist besonders während Sonneneruptionen interessant und soll das Verständnis dieser Vorgänge verbessern.

      Der Installationsstatus von IceTop
       

      Stationen

      Tanks

      % gesamt

      2006

      16

      32

      20

      2007

      26

      52

      33

      2008

      40

      80

      50

      2009

      59

      118

      74

      2010

      73

      146

      91

      2011

      81

      162

      100