Рекордна "частинка-привид" врізалася в Землю: вона у 22 рази більша за попередню

У лютому 2023 року детектор KM3NeT, розташований на глибині 3450 метрів під Середземним морем, зафіксував сигнал, який вказував на нейтрино з рекордною енергією 220 петаелектровольт (ПеВ). Тепер учені офіційно підтвердили, що він став новим рекордом — для порівняння, попередній рекорд становив лише 10 ПеВ, пише Science Alert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Рекордна "частинка-привид"

Учені провели вичерпний аналіз усіх даних про подію, названу KM3-230213A, і її околиці. Результати не тільки підтверджують попередні висновки про те, що сигнал був спричинений нейтрино з енергією 220 ПеВ, а й додає загадки про те, звідки він узявся у Всесвіті

За словами представників колаборації KM3NeT, зареєстровані світлові патерни для KM3-230213A демонструють чіткий збіг із тим, що очікується від релятивістської частинки, що перетинає детектор, найімовірніше, мюона. Дані також виключають можливість збою або помилки.

Ґрунтуючись на відновленій енергії та напрямку цього мюона вчені дійшли висновку, що найімовірнішим на сьогодні сценарієм є той, згідно з яким мюон виник під час взаємодії з астрофізичним нейтрино поблизу детектора, що робить це пояснення найприроднішим.

Поширеність нейтрино у Всесвіті

Нейтрино разюче поширені у Всесвіті — насправді вони є одними з найпоширеніших частинок, що утворюються за енергетичних умов, таких як:

• злиття зірок;
• вибухи наднових.

Однак у нейтрино немає електричного заряду, їхня маса дорівнює нулю і вони майже не взаємодіють з іншими частинками, з якими стикаються. По суті, сотні мільярдів нейтрино наразі пронизують наше тіло, немов примари — саме це і призвело до того, що їх називають "частинками-примарами".

Усе це робить нейтрино майже невидимими. Однак час від часу нейтрино стикається з іншою часткою, що створює невеликий потік частинок, таких як мюони й фотони — частинок світла. Це призводить до дуже слабкого світіння, яке може вловити відповідний детектор, подібний до KM3NeT у Середземному морі. KM3NeT знаходиться на глибині майже 3,5 тисячі метрів, куди не проникає світло — у такій непроглядній темряві нейтринні події світяться, як крихітні маяки.

Перше виявлення рекордної події

З огляду на те, що інші експерименти, зокрема IceCube та Auger, працюють уже понад десять років і раніше проводили пошуки нейтрино надвисоких енергій, але досі не виявили жодного, вчені розглядають ймовірність того, що нейтрино, виявлене KM3NeT, є першою подібною подією.

Ба більше, попри досить низьку ймовірність — приблизно 1 до 100 — можливо, що єдина спостережувана наразі подія відбулася в KM3NeT, а не в IceCube і Pierre Auge.

Дослідники також вивчили, як KM3-230213A вписується в загальну картину нейтрино — скільки нейтрино циркулює у Всесвіті і як розподіляються їхні енергії. Додавання нейтрино з енергією 220 ПеВ призводить до більш послідовних прогнозів поведінки нейтрино.

Звідки прийшов рекордний нейтрино?

Дослідники також розглянули питання про те, чи припускає KM3-230213A наявність нового компонента або процесу, що генерує нейтрино надвисоких енергій, порівняно з відносно відомими процесами, що лежать в основі решти нейтрино, виявлених на сьогодні.

На жаль, аналіз учених не зміг визначити, чи є новий компонент чи ні. Як можливе джерело нейтрино, як і раніше, включає викид з екстремальних умов галактичного центру, гамма-сплески, що спускаються зірками, які вриваються, або взаємодію з реліктовим випромінюванням.

Водночас учені вважають, що вкрай малоймовірно, що рекордне нейтрино виникає в межах Чумацького Шляху. Таким чином, незалежно від того, звідки воно прийшло, KM3-230213A народився десь в екстремальних і дуже далеких місцях.

Раніше Фокус писав про те, що фізики виявили на дні моря доказ недоведеної теорії чорних дір Стівена Гокінга.