南极冰立方国际中微子天文台（IceCube）将在未来几年大幅扩建。除了现有的5160个传感器外，还将在南极的永久冰层上安装700个光学模块。美国国家科学基金会已批准了该扩建计划，预计耗资2300万美元。德国电子同步加速器研究所（DESY）和卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）正在建造430个新的光学模块，总投资570万欧元（折合640万美元）。德国共有9所大学和两个亥姆霍兹研究中心下属机构参与冰立方中微子天文台合作建设，是继美国之后最重要的合作伙伴。冰立方中微子天文台已于去年公布了宇宙中存在第一个高能中微子源的证据。

DESY科学家Timo Karg解释说：“冰立方中微子天文台（IceCube）的升级不仅会改进中微子天文学，还会增加我们对中微子本身的认识。10年来，我们已经用冰立方采集了许多数据，这次升级将大幅度的增加数据的采集能力。”DESY将研制225个新模块，密歇根州立大学将提供205个，日本千叶大学将提供大约300个。

中微子是最神秘的基本粒子之一。它们很难相互作用，易穿越整个行星、恒星和星系——因此它们通常被称为幽灵粒子。南极国际冰立方中微子天文台在南极的深部冰层中搜寻基本粒子。在地表之下，极其灵敏的数字光学模块（DOM）可以观测到来自外太空的高能中微子在冰层中发生碰撞时可能激发的蓝光。86根长电缆上装有5160个超光敏数字光学模块（DOM），埋入深达2.5千米的透明冰层中。通过测量中微子碰撞激发的切伦科夫光，可以重建入射粒子的原点方向和能量。冰立方中微子天文台（IceCube）监控着一立方千米的地下冰。

为了在2022年到2023年完成探测器升级，另有7根装有新型传感器的电缆将放置到探测器中心1.5千米深的冰层中。未来两种类型的光学模块将一起工作，另外还将对第二代冰立方中微子探测器（ICECUBE-GEN2）测试，它的探测能力会是现有的十倍。新型光学传感器中，有一种德国研制的多像素数字光学模块（mDOM），安装约400个，与先前的模块相比它的检测面积著更大且分区，灵敏度更高。

卡尔斯鲁厄理工学院冰立方中微子天文台项目小组组长Andreas Haungs说：“随着冰立方中微子探测器的升级和第二代冰立方中微子探测器（IceCube-Gen2）的扩建，这个独特的中微子天文台将我们的视野扩展到了太空，有助于解决宇宙中最高能量过程的物理难题。”

这种扩建不仅提高了天文台的灵敏度，而且降低了探测中微子的能量阈值。使科学家能够以前所未有的精度测量粒子性质。中微子有三种类型：电子中微子、μ介子中微子和τ中微子。这些粒子间可以来回切换，被称为中微子振荡。冰立方中微子天文台（IceCube）升级的目标之一是以更高的精度测量中微子振荡参数。另一个目标是更精确地测量冰的光学性质，以便更好地重构观测到的所有能量范围内的中微子性质。在未来，中微子天文台的视野更加清晰，而且也提高了对已记录的中微子事件的重构能力。

冰立方中微子天文台位于阿蒙森-斯科特南极站。这个天文台由威斯康星大学麦迪逊分校的威斯康星冰立方粒子天体物理中心（WIPAC）管理和运作。该科学计划由来自12个国家52个机构的300多名研究人员参与。德国是该国际项目的第二大合作伙伴，仅次于美国。除了赫尔姆霍兹研究中心德国电子同步加速器研究所（DESY）和卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）外，波鸿大学、埃尔朗根-纽伦堡大学、美茵茨大学、明斯特大学和伍珀塔尔大学以及亚琛工业大学、柏林洪堡大学以及多特蒙德工业大学和慕尼黑工业大学也参与其中。

德国大学还参与开发用于精确探测器校准、模拟和校准方法的光学（慕尼黑工业大学、伍珀塔尔大学）和声学（亚琛工业大学）仪器（多特蒙德工业大学、多特蒙德工业大学），并为第二代冰立方中微子探测器（ICECUBE-GEN2）开发新概念传感器（美茵茨大学）。德国联邦教育和研究部为亥姆霍兹联合会90%的研究中心提供资金，并为开展IceCube研究工作的大学提供联合研究项目资金支持。