В глубине Средиземного моря поймано космическое нейтрино небывалой энергии

Ученые с помощью новейшего телескопа, находящегося у дна Средиземного моря, смогли поймать нейтрино с энергией 220 ПэВ — в 30 раз мощнее прошлого рекорда. По мнению физиков, такие частицы рождаются в самых мощных процессах во вселенной за пределами нашей галактики. Статья об открытии опубликована в журнале Nature.

<strong>Ученые с помощью новейшего телескопа, находящегося у дна Средиземного моря, смогли поймать нейтрино с энергией 220 ПэВ — в 30 раз мощнее прошлого рекорда. По мнению физиков, такие частицы рождаются в самых мощных процессах во вселенной за пределами нашей галактики. Статья об открытии <a href="http://dx.doi.org/10.1038/s41586-024-08543-1">опубликована</a> в журнале Nature. </strong>

За последние десятилетия в мире появились сразу несколько принципиально новых типов телескопов. Вместо наблюдений в видимом диапазоне света и в радиодипазоне они пытаются поймать неуловимые частицы нейтрино. Эти субатомные частицы, не имеющие заряда, на Земле обычно связаны с явлением радиоактивного распада, но те, что прилетают из далекого космоса, связаны с мощнейшими процессами, происходящими во Вселенной.

Несмотря на то, что нейтрино — вторые по распространенности после протонов частицы, их чрезвычайно слабое взаимодействие с материей делает их обнаружение весьма сложной прикладной задачей. Поэтому обычно нейтринные телескопы занимают огромные объемы, как правило под водой или льдом. Их задача — фиксировать так называемое черенковское излучение, возникающее при движении вторичных частиц, образовавшихся при взаимодействии нейтрино с материей.

Одним из новейших нейтринных телескопов последнего времени стала европейская инфраструктура KM3NeT, которая пока находится в стадии достройки. Этот телескоп расположен в Средиземном море в 80 км от побережья Сицилии. Он состоит из множества приемников излучения — фотоэлектронных умножителей, висящих на вертикальных струнах, закрепленных на дне моря на глубине свыше 3 км.

13 февраля 2023 года один из детекторов телескопа, ARCA, зафиксировал нечто странное — пролет мюона с энергией 120 ПэВ (120 x 10¹⁵ электрон-вольт).

При этом мюон пришел с почти горизонтального направления. Ученые считают, что это исключает его образование от космических лучей, а указывает на то, что космическое нейтрино успело прошить участок суши и в ее толще провзаимодействовать с материей.

По измеренной энергии мюона ученые смогли оценить энергию исходного нейтрино — 220 ПэВ, что примерно в 30 раз превышает энергию самого быстрого космического нейтрино, пойманного когда-либо.

Так как открытие было сделано на этапе достройки телескопа, то пока сложно определить точное направление на небе, откуда пришло нейтрино. Ученые считают, что частицы высоких энергий могут рождаться в самых мощных процессах во Вселенной, таких, как взрывы сверхновых, гамма-всплески, аккреция вещества на черные дыры в центрах галактик. В результате взаимодействия таких частиц с фотонами реликтового излучения могут рождаться нейтрино сверхвысоких энергий. Кроме этого ученые выделили 12 блазаров (активных галактических ядер), которые могут быть источником рекордного нейтрино.

«Чтобы определить направление и энергию этого нейтрино, требуется точная калибровка телескопа и сложные алгоритмы реконструкции траектории. Более того, это знаменательное открытие было сделано с помощью лишь трети конечной конфигурации детектора, что говорит об огромном потенциале нашего эксперимента для изучения нейтрино и нейтринной астрономии», — пояснил Аарт Хейбур, участник коллаборации.