Фізики виявили нейтрино з найвищою енергією, яку коли-небудь фіксували на Землі

Деталі відкриття

Частинка, яка на мить промайнула перед детектором всередині Кубічного кілометрового нейтринного телескопа (KM3NeT) на дні Середземного моря, є нейтрино з енергією 220 квадрильйонів електрон-вольт, що робить її більш ніж у 100 разів енергійнішою, ніж будь-яка з раніше виявлених. Учені не впевнені в тому, звідки вона взялася, але мають кілька припущень, повідомляє 24 Канал з посиланням на Nature.

Траєкторія та енергія частинки вказують на те, що вона, ймовірно, походить від космічного променя — субатомних частинок, таких як протони або електрони, які були виплюнуті на високій швидкості десь у Всесвіті. Але природа катастрофічної події, яка спричинила появу настільки енергійної частинки, залишається загадкою.

Нейтрино – одна з найзагадковіших елементарних частинок. Вони не мають електричного заряду, майже не мають маси і дуже слабко взаємодіють з матерією,
– говорить Роза Конільоне, дослідниця Національного інституту ядерної фізики в Італії.

Ці особливі космічні посланці дають нам інформацію про механізми найенергійніших явищ і дозволяють досліджувати їх у найвіддаленіших куточках Всесвіту. Щосекунди близько 100 мільярдів нейтрино проходять через кожен квадратний сантиметр вашого тіла. Ці крихітні частинки є скрізь і утворюються в ядерному вогні зірок, під час величезних зоряних вибухів, при радіоактивному розпаді, а також у прискорювачах частинок і ядерних реакторах на Землі.

Проте, попри їхню поширеність, мінімальна взаємодія беззарядних і майже безмасових частинок з іншою матерією робить нейтрино неймовірно складними для виявлення. Багато експериментів, які намагалися зафіксувати нейтрино, довели, що наше Сонце піддає нас постійному бомбардуванню цими частинками. Цей потік, на жаль, зливається з іншими джерелами нейтрино, такими як вибухи гігантських зірок, що називаються надновими, й маскує їх.

Як шукають нейтрино

Щоб відфільтрувати нейтрино нижчих енергій і знайти їхніх високоенергетичних родичів, учені та інженери будують нейтринний телескоп KM3NeT, який розділений між двома детекторами: "Дослідження астрочастинок з космосом у безодні" (ARCA) і "Дослідження коливань з космосом у безодні" (ORCA). Обидва розташовані в різних місцях на дні Середземного моря.

Подібно до того, як літак, що летить швидше за швидкість звуку, створює звуковий бум, частинка, що пролітає крізь середовище, яке сповільнює світло (наприклад, рідку чи замерзлу воду), створює слабке блакитне світіння у своєму сліді. Спостерігаючи за цим світінням, учені можуть виявити сліди побічних продуктів частинок, що утворюються після того, як нейтрино влучають в атомне ядро впритул.

У лютому 2023 року детектор ARCA, розташований на морському дні за 80 кілометрів від узбережжя Портопало-ді-Капо-Пассеро, Сицилія, зробив саме таке відкриття. Там, на глибині 3,5 кілометра під хвилями, одна субатомна частинка під назвою мюон промайнула крізь детектор, засвітивши більше третини його датчиків. Відстеживши кут проходження цього мюона та проаналізувавши його енергію, вчені дійшли висновку, що це був побічний продукт космічного нейтрино, який був більш енергійним, ніж будь-яке з коли-небудь зареєстрованих.

Незрозуміло, звідки воно взялося. Дослідники припускають, що його міг випустити такий об'єкт, як чорна діра, наднова або пульсар. Ще один варіант, що це може бути перше в історії виявлення "космогенного" нейтрино, яке виникло внаслідок зіткнення космічного променя зі світлом космічного мікрохвильового фону.

Щоб знайти відповідь, учені продовжать розбудовувати KM3NeT, створюючи більший детектор, здатний вловлювати ще більше цих рідкісних нейтрино, коли вони пронизують нашу планету.