Колайдеру і не снилось. Примарний нейтрино встановив абсолютний рекорд енергії

Міжнародні групі науковців за допомогою підводного телескопу KM3NeT вдалось зафіксувати високоенергетичний нейтрино.

Зафіксований сигнал від нейтрино у 16 тис. разів перевищив енергію найпотужніших зіткнень частинок у Великому адронному колайдері. Сигнал був зафіксований ще 13 лютого 2023 року. Глибоководна обсерваторія KM3NeT розміщується на дні Середземного моря і використовує морську воду у якості середовища для виявлення високоенергетичних нейтрино.

Нейтрино дуже важко вловити, оскільки вони майже не мають маси і не переносять електричні заряди, а також рідко взаємодіють зі звичайною матерією. Під час взаємодії нейтрино з ядрами атомів у воді вони можуть призводити до створення мюонів з негативним зарядом. Мюон рухається настільки швидко, що створює конус світла, відомий як черенковське випромінювання, схоже на звуковий удар, що створює надзвуковий реактивний літак.

Тисячі датчиків нейтринного телескопу KM3NeT, розміщені на глибині 3 тис. 450 метрів, призначені для виявлення цього випромінювання. Телескоп складається з 230 вертикальних струн, які утримують 18 сферичних, оптичних модулів. Всередині кожного модуля 31 фотопомножувач, що посилює навіть найслабіші спалахи світла з усіх напрямків. Ці інструменти дозволяють вченим відстежувати невловимі нейтрино та розкривати їх походження. 

Окрім надмасивних чорних дір до появи нейтрино можуть бути причетні вибухи наднових. Виявлене високоенергетичне нейтрино могло виникнути від одного з цих джерел, або ж бути першим виявленим космічним нейтрино. Такі космічні нейтрино можуть утворюватись в результаті взаємодії інших космічних часток зі слабким світлом реліктового випромінювання. Модулі телескопа KM3NeT зафіксували, що енергія нейтрино мала складати сотні петаелектронвольт. Для порівняння минулі рекордні показники енергії нейтрино складали близько кількох ПеВ.

KM3NeT включає в себе два глибоководні детектори нейтрино: ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss) біля узбережжя Сицилії, і ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), неподалік Тулона, Франція. ARCA призначений для вивчення нейтрино високих енергій і складається з 230 вертикальних детекторних блоків, кожен висотою близько 700 м і розміщується на відстані 100 метрів один від одного. ORCA, оптимізований для вивчення властивостей нейтрино, має 115 блоків, кожен висотою 200 метрів. Дані з обох детекторів передаються по підводним кабелям на берегові станції: INFN Laboratori Nazionali del Sud у Портопало-ді-Капо-Пассеро, Італія, та Laboratoire Sous-marin Provence Méditerranée у Ла-Сейн-сюр-Мер, Франція.

Нейтрино виступають унікальним інструментом для дослідження глибокого космосу. У Всесвіті відбуваються різноманітні події у дуже великих масштабах, неймовірні вибухи, ударні хвилі, катастрофічне поглинання матерії чорними дірами та інші катаклізми. Ці події здатні наділяти частинки неймовірними енергіями, що у багато разів перевищують енергії у створених людством прискорювачах.

Деякі з цих часток нестабільні та породжують при розпаді фотони чи нейтрино. В результаті по всьому Всесвіту розлітаються частинки надвисокої енергії і різних сортів, які несуть у собі інформацію про те, що ж сталося в цьому куточку космосу. Деякі з частинок долітають до Землі і їх вдається зареєструвати, однак інформація часто виявляється неточною. Заряджені частинки можуть зазнавати відхилення під впливом магнітних полів у нашій галактиці та у міжгалактичному просторі. Такі частки вловлюються детекторами космічних променів, однак їх напрямок вже не вказує на їхнє походження. 

Фотони високої енергії — гамма-промені — вільні від цього недоліку; вони летять прямо і вказують напрямок на джерело. Але гамма-промені поглинаються газопиловими хмарами в Галактиці або розсіюються у своїй міжгалактичній подорожі — і в результаті далеких джерел ми просто не бачимо, гамма-промені від них нас не досягають. А космічні нейтрино вільні від обох цих недоліків: вони летять прямою і практично нічим не блокуються.

Результати дослідження опубліковані у журналі Nature

Джерело: SkiTechDaily