Neutrinoforskning under noll grader

Det kan vara svårt att arbeta utomhus när det är minusgrader. På Sydpolen är det cirka -30 °C på sommaren och -60 °C på vintern. Hur bedriver man forskning i sträng kyla? Chad Finley är docent vid Fysikum och medlem av det internationella samarbete som driver IceCube Neutrino Observatory på Sydpolen. - Vi turades om när vi försiktigt installerade sensorer på teleskopet. Annars frös våra händer snabbt och blev oanvändbara, säger Chad som tillbringade två månader där på sommaren.

Chad Finley, associate professor Fysikum. Foto: Gunilla Häggström
Chad Finley, associate professor Fysikum. Foto: Gunilla Häggström

Chad Finley växte upp över hela USA: Texas, Tennessee, Connecticut och slutligen New York City.

När började du intressera dig för fysik?

Jag minns specifikt när jag var 8 år gammal och jag hittade en bok om atomer i mitt skolbibliotek.  Det var en kort, mycket enkel bok med tecknade diagram. Men tanken på att atomer är byggstenarna i allting förvånade mig. Innan dess var jag intresserad av djur, biologi och dinosaurier, och plötsligt fascinerades jag av fysik och snart därefter av astronomi.

Han tog examen i fysik med doktorsexamen vid Columbia University i New York 2006 och började intressera sig för astropartikelfysik, skärningspunkten mellan partikelfysik och astrofysik. Han var postdoktor från 2006 till 2009 vid University of Wisconsin i Madison, som är huvudkontor för IceCube Neutrino Observatory. IceCube är ett neutrinoteleskop som är inbyggt i isen på Sydpolen.  Det består av 86 hål som borrats 2,5 km djupt ner i isen och fyllts med sensorer, vilket skapar en 3D-matris med mer än 5 000 sensorer fördelade över en kubikkilometer is. Sensorerna upptäcker ljus när en högenergineutrino från rymden interagerar med en atom i isen.

Inside an IceCube string Credit
Inuti en IceCube-sträng Credit: IceCube/NSF Uppbyggnaden av var och en av de 86 IceCube-strängarna varade ungefär 11 timmar. I var och en av dem måste 60 sensorer (så kallade DOMs) snabbt installeras innan isen frös helt runt dem.

Oskar Klein-centrets betydelse

Chad Finley anslöt sig till OKC 2009 som OKC Fellow, där han fortsatte som samordnare av punktkällsanalyser för IceCube.
Vid OKC utsätts man ständigt för nya idéer när de dyker upp inom angränsande områden, vilket skapar en utmärkt miljö för tvärvetenskaplig forskning.
Chad använder neutriner för att identifiera de astronomiska källor där kosmisk strålning föds och för att förstå de fysiska processer som skapar dem. Han är nu docent vid fysikinstitutionen vid Stockholms universitet och biträdande direktör för OKC.


Bidrag från Vetenskapsrådet

Chad fick ett VR-stipendium för särskilda forskare 2010 och fick en fast anställning vid institutionen för fysik från och med 2011. Sedan dess har han arbetat både med forskning och undervisning. Han har fått ett nytt anslag 2022 för projektet: Han får ett nytt anslag för 2022: Astrofysiska neutriner med IceCube: djup inlärning i djup is.


Forskning under noll grader

Chad stannade i Antarktis i två månader. Det var när det var sommar där med starkt ljus hela dagen och temperaturer som vanligtvis ligger mellan -20 och -40 grader. På vintern är det mörkt hela tiden och går ner till -70 grader.

Chad Finley bedriver forskning vid Sydpolen i IceCube-projeket
Chad Finley bedriver forskning vid Sydpolen i IceCube-projeket

För att ta oss till Sydpolen flög vi först från Nya Zeeland till den antarktiska kusten och fortsatte därifrån med ett turboprop-militärt plan utrustat med skidor. Isflaket är cirka 3 kilometer tjockt och på sydpolsstationen bor upp till 200 personer på sommaren som bedriver forskning inom många områden. IceCube-forskare åker dit under sommaren för att uppgradera teleskoputrustningen och testa nya projekt.  Det är en kort säsong och eftersom solen är uppe hela dagen pågår det alltid något arbete dygnet runt.  Måltider förekommer var sjätte timme (och kockarna är mycket bra!). Sedan åker de flesta iväg i februari när vintern närmar sig.

Endast några få stannar kvar under den långa antarktiska natten för att hålla teleskopet igång. Martin Wolf, en tidigare doktorand vid Fysikum, stannade där under pandemin, både på sommaren och vintern, när många länder var stängda och hade karantänsperioder.

Hemma analyserar Chad data från IceCube som skickas via satellit. IceCube Collaboration har hittat de första bevisen för högenergineutrinoutsläpp från en närliggande galax. Galaxen, NGC 1068 (även känd som Messier 77), är en aktiv galax på cirka 47 miljoner ljusår avstånd i stjärnbilden Cetus och en av de mest kända och välstuderade aktiva galaxerna.
Det är mycket spännande att kunna se neutriner från en sådan galax så nära (astronomiskt sett).
Resultaten har publicerats i Science.


Vad är ditt råd till fysikstudenter?
 

Om du är intresserad av forskning vill jag framför allt uppmuntra dig att skaffa dig erfarenhet av att forska. En del av detta kommer att ske som en del av avhandlingsarbetet, men det kan också vara ett praktikprojekt med en forskningsgrupp. Det finns många sätt att bedriva forskning och det är bra att få en mängd olika erfarenheter, för att få en uppfattning om vilka som känns som en bra passform för dina styrkor och intressen.  Fysikforskning skiljer sig verkligen från en fysikkurs. Ofta finns det inte några entydiga svar, men det är just detta som gör det spännande!


Är du också intresserad av fysik?

På Fysikum vid Stockholms universitet erbjuder vi högkvalitativ utbildning med en stark koppling till spetsforskning. Vi lovar dig spännande studier i tajta studentgrupper och med aktiva forskare som dina lärare.


Mer information

Kurser och program (studera fysik vid Fysikum vid Stockholms universitet)

IceCube neutrinos provide new view of a nearby galaxy

Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068, Artricle in Science. The IceCube Collaboration: R. Abbasi et al. DOI:10.1126/science.abg3395

Nyhetsinslag från SVT