Нещодавно в Середземне море впав нейтрино з космосу з енергією, яка перевершує всі інші відомі нейтрино.
Маючи потужність близько 220 мільйонів мільярдів електронвольтів, ця частка була приблизно у 20 разів енергійніша за найвищі енергетичні космічні нейтрино, повідомляють дослідники в Nature. Частку вдалося зафіксувати завдяки частково побудованому нейтринному телескопу Cubic Kilometer, або KM3NeT.
"Вони зірвали джекпот", - говорить Френсіс Халзен, фізик з Університету Вісконсин-Медісон і головний дослідник нейтринної обсерваторії IceCube в Антарктиді. «Ми збирали дані за допомогою набагато більшого детектора протягом 10 років. Ми ніколи не бачили такої події».
Фізики прагнуть каталогізувати космічні нейтрино, тому що ці легкі, електрично нейтральні частинки можуть перетинати величезні ділянки простору майже незайманими. Найенергійніші з них могли б запропонувати неперевершене розуміння потужних явищ, що їх випльовують, таких як надмасивні чорні діри. Але для уловлювання частинок, які ледве взаємодіють з матерією, потрібні гігантські телескопи, зроблені з датчиків, укладених у льоду, як IceCube, або занурених у воду, як KM3NeT.
Два детектори нейтрино KM3NeT - один біля узбережжя Сицилії, інший біля півдня Франції - все ще будуються, але вже збирають дані. Обидва містять кабелі заввишки сотні метрів, які нанизані на пучки світлових датчиків, закріплених на морському дні.
Коли космічні нейтрино взаємодіють із матерією у детекторі KM3NeT чи поруч із ним, вони породжують заряджені частинки, такі як мюони. Коли ці мюони проносяться крізь воду, вони випромінюють слабкі спалахи блакитного світла, які можуть уловлювати датчики KM3NeT. Синхронізація, коли різні датчики фіксують це світло, може виявити шлях частки; яскравість синього відтінку відображає енергію частки.
13 лютого 2023 року детектор біля Сицилії був пробитий надзвичайно енергійним мюоном, що летів майже паралельно до горизонту. На той момент було встановлено лише 21 із запланованих 230 сенсорних кабелів. Ґрунтуючись на енергії та траєкторії мюона, вчені KM3NeT визначили, що він, мабуть, був породжений нейтрино з космосу, а не часткою з атмосфери.
Моделювання показує, що енергія нейтрино становила близько 220 петаелектронвольтів. Попередній рекордсмен міг похвалитися енергією близько 10 петаелектронвольтів.
"Це свого роду шокувальна ситуація", - говорить член команди KM3NeT Луїджі Антоніо Фуско, фізик з Університету Салерно до Фішано, Італія. Це схоже на те, начебто фізики, які вивчають нейтрино, коли-небудь бачили пожежі, що розпалювалися кількома палицями для розпалювання, а потім хтось приходить з вогнеметом. Дослідники KM3NeT підрахували, що вони очікують побачити нейтрино такого калібру приблизно раз на 70 років.
«Я звісно поставився до цього скептично», — каже Ерік Блауфусс, фізик з університету Мериленду в Коледж-Парку, який написав коментар до дослідження в тому ж випуску Nature. "Але в статті вони досить переконливо доводять, що це реально".
Щоб простежити походження нейтрино, команда KM3Net прочесала дані з гамма-телескопів, рентгенівських та радіотелескопів. Дванадцять об'єктів виділялися в області неба, звідки надійшло нейтрино. «Більшість із них — активні галактичні ядра», — каже Фуско, — яскраві ядра галактик, де надмасивні чорні діри поглинають газ та пил. "Проблема в тому, що їх так багато", - каже він. "Ви не можете точно визначити жоден з них".
Інша можливість полягає в тому, що це перше космогенне нейтрино, що спостерігалося, створене, коли космічні промені надвисокої енергії змішуються з фотонами з космічного мікрохвильового фону, післясвітіння Великого вибуху.
"На цей момент дуже складно робити висновки про походження", - говорить Кохта Мурасе, фізик-теоретик з Університету штату Пенсільванія, який не брав участі в дослідженні. "Небезпечно покладатися на одну подію".
Розширення KM3NeT має поліпшити його здатність вловлювати нейтрино та визначати їхнє походження. Інші нейтринні телескопи також знаходяться в розробці, наприклад, заплановане розширення IceCube, пропонованої обсерваторії біля канадського острова Ванкувер і Південнокитайському морі, що будується. Ці інструменти, каже Мурасе, можуть допомогти дослідникам зосередитись на місцях народження нейтрино з приголомшливо високими енергіями.
