För mer än femtio år sedan föreslog Fred Reines m.fl. att man kunde använda neutriner som budbärare för att studera processer i astronomiska objekt. Eftersom de endast växelverkar mycket svagt kan de färdas obehindrat från sina källor, till skillnad från gammastrålning eller laddade partiklar, och skulle kunna förmedla information om de mest våldsamma och mest avlägsna fenomenen i universum.

Sedan nästan fyrtio år har man försökt detektera neutriner från kosmos med hög energi. Man utnyttjar stora volymer med vatten eller is, instrumenterade med detektorer för att observera ljuset från neutrinoreaktioner. Det är idag ungefär 20 år sedan idén omsattes i praktiken, och de första neutrinerna (från reaktioner i jordens atmosfär) observerades i isen vid Sydpolen. En forskargrupp från Fysikum, ledd av professor Per Olof Hulth, var en av fem som initierade projektet, som så småningom blev IceCube. Idag deltar 40 grupper i IceCube-samarbetet – ett samarbete som just lett till ett genombrott i form av 28 högenergetiska neutriner från kosmos. Resultatet rapporterades fredagen den 22/11 i tidskriften Science.

IceCube detekterar ljuset som bildas då en neutrino reagerar med en atomkärna och reaktionsprodukterna rör sig genom isen. Själva detektorn består av en kubikkilometer is (ca en miljard ton) som utrustats med 5160 ljusdetektorer, varav ungefär 1000 har byggts i Stockholm. Analysen, som nu publicerats i Science, innebär ett flöde av högenergineutriner detekterats för första gången, med hög statistisk signifikans (mer än fyra sigma), och i överensstämmelse med vad man skulle förvänta sig för kosmiska partikelacceleratorer.

Miljarder neutriner passerar en kvadratcentimeter av jordytan varje sekund, men de allra flesta kommer från solen, eller från reaktioner i jordens atmosfär. Det är dock inte möjligt att förklara dessa 28 högenergineutriner på detta sätt – deras energi är för stor. De måste ha sitt ursprung utanför vårt solsystem.

Sådana neutriner som kommer från andra delar av vår galax, eller ännu längre bort, skulle kunna ge oss insikt om förhållandena i de extrema astronomiska objekt som fungerar som acceleratorer för den kosmiska partikelstrålningen: supernovor, svarta hål, pulsarer, aktiva galaxkärnor och andra extragalaktiska fenomen.

Sverige har bidragit väsentligt till framgången, både med instrumentering och personal. Två svenska grupper, i Stockholm och Uppsala, har varit med från början, och projektet har stötts av K&A Wallenbergs stiftelse, Polarforskningssekretariatet och Vetenskapsrådet. “Det är fantastiskt att vi nu, efter 20 års arbete, lyckats öppna ett helt nytt fönster mot universum som ingen tidigare sett ut igenom” säger Per Olof Hulth, professor emeritus vid Fysikum och den som var IceCube-projektets förste talesperson. Den nuvarande talespersonen är Olga Botner vid Uppsala universitet.

Bland IceCube-fysikerna på Fysikum, och över hela världen, är glädjen stor över framgången. Det är inte var dag man får sina resultat illustrerade på omslaget till Science! Men det återstår mycket att göra. För att förstå de mekanismer som ligger bakom neutrinosignalen måste vi samla in mera data och samtidigt förbättra de metoder vi har för att välja ut och rekonstruera de intressanta reaktionerna. Nästa genombrott skulle kunna vara att vi identifierar enskilda neutrinokällor på himlavalvet. Vi har studerat elektromagnetisk strålning från rymden i tusentals år. Det är verkligen dags att öppna ett nytt fönster!