Рекордное нейтрино обнаружено в Средиземном море

Фото из открытых источников

Невероятно мощный нейтрино, прорвавшийся сквозь новый детектор частиц в Средиземном море, застал физиков врасплох, и это может стать первым волнующим взглядом на некоторые из самых катастрофических событий во Вселенной, такие как слияние сверхмассивных черных дыр.

Нейтрино, иногда называемые «призрачными частицами», едва ли взаимодействуют с большей частью материи, поскольку они почти не имеют массы и не имеют электрического заряда. Это означает, что детекторы нейтрино обычно включают в себя огромные объемы плотного вещества, такого как вода или лед, в надежде, что мощное нейтрино может столкнуться с атомом и произвести поток частиц, которые выявят явные признаки его существования.

Дэмьен Дорник из Центра физики элементарных частиц Марселя во Франции и его коллеги сделали именно это, зафиксировав самое энергичное нейтрино из когда-либо наблюдавшихся. Команда использовала нейтринный телескоп объемом в кубический километр (KM3NeT), пару детекторных решеток на дне Средиземного моря, которые засекли нейтрино 13 февраля 2023 года. На тот момент детектор был готов всего на 10 процентов, поэтому он застал Дорника и его команду врасплох.

«Сначала мы были в замешательстве, — говорит он. — Когда мы все больше и больше осознавали, что это событие действительно исключительное, мы были по-настоящему взволнованы».

Сигнал выглядел многообещающе, проявляясь в виде почти горизонтальной яркой линии в детекторе. Исследователи полагают, что это было создано небольшими, похожими на электроны частицами, называемыми мюонами, которые были созданы в результате прорыва нейтрино через детектор и испускали свет, который могли уловить детекторы KM3NeT.

Когда исследователи впервые предварительно объявили о результате в 2024 году, они все еще вычисляли точную энергию частицы. «Они были явно удивлены, что увидели что-то с такой высокой энергией, поэтому их симуляции нейтрино еще не достигли такой высокой энергии, они не ожидали увидеть что-то столь энергичное», — говорит Морган Васко из Оксфордского университета.

Чтобы подтвердить результат, исследователям пришлось сначала тщательно учесть эффекты других источников, которые могли бы зажечь их детекторы, например, нейтрино, которые возникают, когда заряженные частицы из космоса, называемые космическими лучами, попадают в атмосферу Земли. Считается, что такие сигналы превосходят по количеству нейтрино с более высокой энергией из более удаленных космических источников в соотношении миллиард к одному.

Теперь они подсчитали, что нейтрино имело энергию 120 петаэлектронвольт (ПэВ). Это примерно в 10 раз больше, чем у предыдущего рекордсмена, обнаруженного нейтринной обсерваторией IceCube в Антарктиде. Этот диапазон энергий ПэВ также в тысячи раз больше, чем у самых энергичных частиц, производимых на ускорителях на Земле, таких как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе.

Обнаружение таких высокоэнергетических нейтрино может дать нам уникальную информацию о событиях, которые их производят, таких как аккреция материи черными дырами или взрывы сверхновых, которые сами по себе испускают космические лучи, которые производят нейтрино по мере своего возникновения. «Космические лучи заряжены, и мы теряем большую часть их первоначального места формирования, когда они пересекают межзвездное пространство, но нейтрино будут указывать прямо назад», — говорит Васко.

Дорник говорит, что в этом случае отслеживание нейтрино приводит к относительно большому участку пространства, что затрудняет определение точного источника, но запланированные усовершенствования телескопа должны позволить им точно определить объект, если в будущем будет обнаружено столь же мощное нейтрино.