Нещодавно вчені поділилися новинами про подію частинок, яка викликала хвилювання у спільноті фізиків. У Середземному морі детектор ARCA проекту KM3NeT спостерігав одне з найенергетичніших нейтрино, коли-небудь зареєстрованих. Дивовижне нейтрино під назвою KM3-230213A привернуло увагу всього світу. Дослідники оцінюють його енергію приблизно в 220 мільйонів мільярдів.

«KM3NeT почав досліджувати діапазон енергії та чутливості, де виявлені нейтрино можуть походити від екстремальних астрофізичних явищ », — сказав Пашал Койл, дослідник Національного центру наукових досліджень (CNRS). «Це перше в історії виявлення нейтрино з сотнями ПеВ відкриває нову главу в нейтринній астрономії та нове спостережне вікно у Всесвіті».

Таємничі елементарні частинки

Нейтрино подорожують по Всесвіту, ковзаючи крізь зірки та планети без особливих збурень. Десятиліттями вчені прагнули виявити нейтрино надвисокої енергії, щоб пролити світло на космічні прискорювачі. Колаборація KM3NeT об’єднує понад 360 експертів із 68 установ у 21 країні.

«Нейтрино — одні з найзагадковіших елементарних частинок. Вони не мають електричного заряду, майже не мають маси і слабо взаємодіють з речовиною. Вони є особливими космічними посланцями», — сказала Роза Конільйоне, дослідник Національного інституту ядерної фізики INFN.

Як глибоководні датчики виявляють нейтрино

KM3NeT — це велика установка, яка лежить на морському дні і складається з двох детекторів під назвою ARCA та ORCA. ARCA знаходиться приблизно в 50 милях від Портопало ді Капо Пассеро , Сицилія, на глибині 11 319 футів. ORCA знаходиться поблизу Тулона, Франція, на глибині 8038 футів. Кожне місце має окрему мету: ARCA налаштована на нейтрино високої енергії, а ORCA — на нейтрино нижчої енергії.

Детектори залежать від фотопомножувачів, розташованих у скляних сферах. Коли космічне нейтрино стикається з молекулами води, з’являється слабке блакитнувате світло. Датчики збирають це світло, дозволяючи дослідникам скласти карту подорожі нейтрино.

Чудовий одиночний мюон

ARCA зафіксувала один мюон, який сигналізував про взаємодію нейтрино поблизу. Його шлях через детектор залишив слід, який спрацював велику кількість активних датчиків. Це підтвердило, що нейтрино було космічного походження, а не місцевого походження.

«Щоб визначити напрямок і енергію цього нейтрино, знадобилося точне калібрування телескопа та складні алгоритми реконструкції треку», — сказав Аарт Хейбоер, менеджер з фізики та програмного забезпечення KM3NeT.

Походження нейтрино високих енергій

Вчені припускають, що такі високоенергетичні нейтрино можуть походити від катаклізмичних джерел, таких як залишки наднових або надмасивні чорні діри. Взаємодія між космічними променями та іншою матерією або фотонами також може створювати ці нейтрино. Деякі з найбільш енергійних космічних променів у Всесвіті можуть стикатися з космічним мікрохвильовим фоном, створюючи те, що дослідники називають «космогенними» нейтрино.

Вивчення цих подій може розкрити свіжі таємниці Всесвіту, пропонуючи пряму підказку про місця та процеси, які викидають частинки до неймовірної енергії. Оскільки ці нейтрино здебільшого безперешкодно відлітають від свого джерела, вони можуть передавати інформацію, яку не можуть отримати легкі або заряджені частинки.

Розвиток нейтринної астрономії

Згодом сайт ARCA включатиме 230 блоків виявлення, тоді як сайт ORCA матиме 115. Кожен блок містить 18 високотехнологічних оптичних модулів, і загалом KM3NeT охоплюватиме кубічний кілометр води.  Майлз Ліндсі Кларк є технічним менеджером проекту KM3NeT та інженером-дослідником у CNRS – лабораторії астрочастинок і космології у Франції.

«Масштаб KM3NeT, який врешті-решт охоплює об’єм близько одного кубічного кілометра із загалом близько 200 000 фотопомножувачів, разом із його екстремальним розташуванням у безодні Середземного моря, демонструє надзвичайні зусилля, необхідні для розвитку нейтринної астрономії та фізики елементарних частинок», — сказав Кларк.

Зйомка рідкісної події

Хоча інсталяція ще не завершена, ARCA вдалося зафіксувати одну з найрідкісніших подій у природі. За допомогою вдосконаленого калібрування та аналізу даних команди витягли траєкторію та деталі енергії цього нейтрино. Оскільки воно, швидше за все, увійшло у воду з енергією понад 220 ПеВ, це єдине нейтрино відкриває двері для нових сюрпризів, оскільки KM3NeT продовжує рости. Така подія підтверджує існування космічних нейтрино ще вищої енергії. На відміну від виявлення з меншою енергією, ці сигнали надвисокої енергії натякають на те, що ними можуть керувати різні астрофізичні механізми.

Майбутні напрямки досліджень

Команди з усього світу прагнуть з’ясувати, чи було це «космогенне» нейтрино, чи воно виникло з активної небесної електростанції. Зрештою, більший парк блоків виявлення дозволить частіше фіксувати такі сигнали, підвищуючи шанси точно визначити їх походження та прояснити сили, які формують наш Всесвіт.

«Ми стоїмо на рубежі, де нові дані покращать наше розуміння космосу», — сказав представник KM3NeT.

Кожне нове виявлення дає можливість помітити візерунки та порівняти їх із сигналами гамма-телескопів та інших обсерваторій. Дослідження опубліковано в журналі Nature.

portaltele.com.ua