Коллайдеру и не снилось. Призрачный нейтрино установил абсолютный рекорд энергии

Международной группе ученых с помощью подводного телескопа KM3NeT удалось зафиксировать высокоэнергетический нейтрино.

Зафиксированный сигнал от нейтрино в 16 тыс. раз превысил энергию мощнейших столкновений частиц в Большом адронном коллайдере. Сигнал был зафиксирован еще 13 февраля 2023 года. Глубоководная обсерватория KM3NeT размещается на дне Средиземного моря и использует морскую воду в качестве среды для обнаружения высокоэнергетических нейтрино.

Нейтрино очень трудно уловить, поскольку они почти не имеют массы и не переносят электрические заряды, а также редко взаимодействуют с обычной материей. При взаимодействии нейтрино с ядрами атомов в воде они могут приводить к созданию мюонов с отрицательным зарядом. Мюон движется настолько быстро, что создает конус света, известный как черенковское излучение, похожее на звуковой удар, создаваемый сверхзвуковым реактивным самолетом.

Тысячи датчиков нейтринного телескопа KM3NeT, размещенные на глубине 3 тыс. 450 метров, предназначены для обнаружения этого излучения. Телескоп состоит из 230 вертикальных струн, которые удерживают 18 сферических, оптических модулей. Внутри каждого модуля 31 фотоумножитель, усиливающий даже самые слабые вспышки света со всех направлений. Эти инструменты позволяют ученым отслеживать неуловимые нейтрино и раскрывать их происхождение.

Кроме сверхмассивных черных дыр к появлению нейтрино могут быть причастны взрывы сверхновых. Обнаруженное высокоэнергетическое нейтрино могло возникнуть от одного из этих источников, или же быть первым обнаруженным космическим нейтрино. Такие космические нейтрино могут образовываться в результате взаимодействия других космических частиц со слабым светом реликтового излучения. Модули телескопа KM3NeT зафиксировали, что энергия нейтрино должна была составлять сотни петаэлектронвольт. Для сравнения прошлые рекордные показатели энергии нейтрино составляли около нескольких ПеВ.

KM3NeT включает в себя два глубоководных детектора нейтрино: ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss) у побережья Сицилии, и ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), неподалеку от Тулона, Франция ARCA предназначен для изучения нейтрино высоких энергий и состоит из 230 вертикальных детекторных блоков, каждый высотой около 700 м и размещается на расстоянии 100 метров друг от друга. ORCA, оптимизированный для изучения свойств нейтрино, имеет 115 блоков, каждый высотой 200 метров. Данные с обоих детекторов передаются по подводным кабелям на береговые станции: INFN Laboratori Nazionali del Sud в Портопало-ди-Капо-Пассеро, Италия, и Laboratoire Sous-marin Provence Méditerranée в Ла-Сейн-сюр-Мер, Франция.

Нейтрино выступают уникальным инструментом для исследования глубокого космоса. Во Вселенной происходят разнообразные события в очень больших масштабах, невероятные взрывы, ударные волны, катастрофическое поглощение материи черными дырами и другие катаклизмы. Эти события способны наделять частицы невероятными энергиями, во много раз превышающими энергии в созданных человечеством ускорителях.

Некоторые из этих частиц нестабильны и порождают при распаде фотоны или нейтрино. В результате по всей Вселенной разлетаются частицы сверхвысокой энергии и разных сортов, которые несут в себе информацию о том, что же произошло в этом уголке космоса. Некоторые из частиц долетают до Земли и их удается зарегистрировать, однако информация часто оказывается неточной. Заряженные частицы могут отклоняться под воздействием магнитных полей в нашей галактике и в межгалактическом пространстве. Такие частицы улавливаются детекторами космических лучей, однако их направление уже не указывает на их происхождение.

Фотоны высокой энергии — гамма-лучи — свободны от этого недостатка; они летят прямо и указывают направление на источник. Но гамма-лучи поглощаются газопылевыми облаками в галактике или рассеиваются в своем межгалактическом путешествии — и в результате далеких источников мы просто не видим, гамма-лучи от них нас не достигают А космические нейтрино свободны от обоих этих недостатков: они летят по прямой и практически ничем не блокируются.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature

Источник: SkiTechDaily