Нейтрино очень редко взаимодействуют с материей: бесчисленные частицы, практически не имеющие массы, проходят сквозь Землю, не оказывая заметного воздействия. Чтобы наблюдать за ними, создаются детекторы огромного размера, расположенные под землей или под водой, которые могут фиксировать отдельные события на фоне потоков космических частиц. Один из таких приборов находится в Средиземном море. Это KM3NeT — нейтринный детектор черенковского типа, занимающий объем в один кубический километр воды. Ученые, работающие в рамках этого проекта, сообщили о регистрации сигнала от астрофизического нейтрино с рекордным уровнем энергии.
Нейтрино возникают в процессе ядерных реакций. На Земле они производятся в реакторах и на ускорителях, а в космосе – испускаются звездами. Если частица, двигаясь быстрее скорости света в данной среде, проникает сквозь вещество детектора и взаимодействует с атомом – событие, которое случается нечасто, – она излучает фотон, вызывающий голубое свечение. Фотоумножители фиксируют это свечение, после чего ученые рассчитывают энергию частицы и направление ее траектории. Это позволяет определить астрофизический источник нейтрино.
Чем больше объем детектора, тем более он чувствителен. Первоначальные оценки энергии астрофизических нейтрино были получены с помощью телескопа IceCube в Антарктиде — 1015 электронвольт (петаэлектронвольт). Его источники расположены в нашей Галактики, а также в нескольких молодых галактиках с активным звездообразованием. Это в сумме дает примерно 15 процентов наблюдаемых нейтрино. Источник остальных неизвестен.
KM3NeT — это нейтринный телескоп черенковского типа нового поколения, который возводится в Средиземном море. Он включает в себя два детектора, расположенных на глубине более двух километров. В феврале 2023 года наиболее глубоководный из них, ARCA, зафиксировал аномальный сигнал. Согласно проведенным расчетам, это нейтрино обладало энергией 120 петаэлектронвольт (с отклонением от +110 до -60) и двигалось почти горизонтально относительно телескопа. Исследователи пришли к выводу, что нейтрино атмосферного происхождения вряд ли могло двигаться под таким углом, и предположили, что его источник находится в отдаленных областях космоса. Статья об этом вышла в Nature.
Энергия частицы, идентифицированной как KM3-230213A, в десять раз больше ранее установленных ограничений IceCube и в обсерватории Pierre Auger в Аргентине. Обе эти установки не увидели частицу KM3-230213A, но ее существование подтвердили другие телескопы. Поиски астрофизического источника нейтрино в каталогах пока не привели к успеху, что неудивительно, учитывая большой разброс в оценках траектории.
Несмотря на то, что телескоп KM3NeT находится в стадии строительства, его детектор ARCA функционирует на 10 процентов от своей проектной мощности. Однако фиксация высокоэнергетической частицы свидетельствует о высокой чувствительности инструмента и демонстрирует его значительный потенциал для дальнейших научных изысканий.