В феврале 2023 года телескоп KM3NeT зарегистрировал «аварию» нейтрино. Нейтрино постоянно проникают сквозь нас, но этой конкретной частице «удалось» взаимодействовать с атомом. Исследователи получили уникальную возможность: это нейтрино обладало рекордно высокой энергией. Каков источник этого явления?
Нейтрино часто называют «частицами-призраками». Эти фундаментальные частицы взаимодействуют лишь посредством слабого взаимодействия (процессы, происходящие на уровне элементарных частиц) и гравитации. Из-за их чрезвычайно слабого взаимодействия с материей они способны свободно проходить сквозь нее. В связи с этим, в их характеристиках сохраняется информация о наиболее экстремальных явлениях, происходящих во Вселенной. В связи с этим ученые начали поиск нейтрино, в том числе посредством эксперимента KM3NeT.
KM3NeT – это подводная обсерватория, предназначенная для регистрации нейтрино, использующая принцип регистрации черенковского излучения. Она включает в себя несколько детекторов, размещенных вдоль побережья европейских государств. Каждый детектор оснащен тысячами датчиков, которые предназначены для фиксации черенковского излучения, возникающего в воде. Это излучение генерируется заряженными частицами, перемещающимися в прозрачной среде быстрее скорости света в этой среде.
В феврале 2023 года детектор ARCA, расположенный в обсерватории KM3NeT у берегов Сицилии, зарегистрировал уникальное свечение. Нейтрино во время столкновения с атомом породило электрон, который спровоцировал черенковское излучение в воде. Согласно предварительным расчетам, энергия этого нейтрино превышала энергию всех ранее зарегистрированных нейтрино на всех детекторах, включая известный IceCube, в 20-30 раз. Событие получило «кодовое название» KM3-230213A.
Изучая аномальное явление, исследователи провели сопоставление данных KM3-230213A с ранее зарегистрированными нейтрино. Это позволило им убедиться в том, что событие не связано с неисправностью прибора или вычислительных ошибок. Энергия ультравысокоэнергетического нейтрино KM3-230213A составила приблизительно 220 петаэлектронвольт (ПэВ). К примеру, на Большом адронном коллайдере на текущий момент достигнута энергия, в 30 тысяч раз меньшая.
Авторы недавнего научного исследования стремились выяснить происхождение этих нейтрино: сформировались ли они стандартным образом, подобно другим зарегистрированным нейтрино, или же посредством более необычного процесса. Согласно расчетам, в потоке столь энергичных нейтрино должны быть преобладающими частицы, образовавшиеся в результате взаимодействия космических лучей и реликтового излучения.
«Подтверждение обнаружения нового компонента в потоке нейтрино станет значительным научным достижением. Это, скорее всего, будет первое наблюдение нейтрино космического происхождения, возникшего в результате взаимодействия космического луча и реликтового излучения, или же укажет на ранее неизвестный астрофизический источник», — написали ученые коллаборации KM3NeT в статье, опубликованной в журнале Physical Review X.
На данный момент имеющиеся сведения не позволяют установить «реликтовое» происхождение этих нейтрино. Для получения окончательных выводов требуется зафиксировать больше событий с крайне высокой энергией.
Вероятными источниками нейтрино, зафиксированного KM3-230213A, могли быть сверхновая звезда, гамма-всплеск или релятивистский джет, исходящий от черной дыры. Обычно земные детекторы регистрируют атмосферные нейтрино, которые образуются в результате взаимодействия космических лучей с атомами воздуха. Однако, в случае KM3-230213A, нейтрино несомненно произошло в космическом пространстве. Причем, существует высокая уверенность в том, что оно было зафиксировано за пределами Млечного Пути.
Ранее ученые, работающие в рамках коллаборации, идентифицировали 17 блазаров, которые потенциально могли стать источниками нейтрино KM3-230213A. Блазары представляют собой активные ядра галактик, характеризующиеся выбросами релятивистских струй из полюсов, направленных в сторону Земли. Определение точного источника невозможно, поскольку все эти объекты находятся в области неба, откуда поступила частица. Однако исследователям удалось связать нейтрино с радиовсплеском от объекта PMN J0606 0724.