Детектор на Южном полюсе обнаружил экзотические нейтрино

После сообщения, сделанного в ноябре 2013 года представителями эксперимента IceCube, казалось, что поставлен рекорд по обнаружению высокоэнегетических космических нейтрино. Тогда исследователи сообщили о 28 случаях попадания в детектор частиц с энергией порядка 50 тераэлектронвольт, что в десятки раз выше, чем энергии, генерируемые в Большом адронном коллайдере.

Теперь же руководители IceCube сообщают, что в детектор, расположенный на Южном полюсе Земли, попало три частицы с энергиями порядка нескольких петаэлектронвольт. Событие оказалось столь значительным и так взволновало физиков, что они даже дали частицам названиям. Первые две, обнаруженные ещё в прошлом году, назвали Эрни и Берт, а новую частицу, о которой исследователи заявили в понедельник, 7 апреля 2014 года, назвали Большая Птица.

Напомним, что частицы нейтрино имеют огромную ценность для учёных, так как являются практически неуловимыми. Они крайне редко взаимодействуют с другими частицами и не имеют заряда, потому никогда не возмущают магнитные поля во Вселенной. Впрочем, в некотором смысле эти свойства являются и подсказками для исследователей: траектория нейтрино должна указывать прямо на источник частиц, которым может быть взрыв сверхновой, аккреция вещества на чёрную дыру, гамма-всплески или формирования ядер галактик.

Детектор IceCube представляет собой гигантский подземный куб со стороной 1 километр, и расположен он подо льдами Антарктиды. Он считается наиболее чувствительным в вопросах поиска высокоэнергетических космических нейтрино (а ведь бывают ещё и земные, и солнечные нейтрино). Будучи спрятанным глубоко под поверхностью детектор не фиксирует столкновения фоновых, то есть не интересующих учёных частиц, зато крайне чувствителен к столкновениям нейтрино с обычными атомами.

Ценность данного открытия подтверждает тот факт, что за два года наблюдений IceCube зарегистрировал ещё и 34 попадания нейтрино более низких энергий, которые могли выйти из более близкого к Земле источника, например, из Солнца.

«Похоже, мы, наконец, нашли убедительные доказательства того, что в наш детектор попадают настоящие астрофизические нейтрино, вышедшие из мощных космических взрывов», — говорит соавтор исследования Альбрехт Карле (Albrecht Karle) из университета Висконсина-Мэдисона.

Изучение космических нейтрино, в первую очередь, помогает разобраться в извечной загадке о космических лучах. Эти потоки высокоэнергетических частиц также выходят из мощных далёких взрывов, но, в отличие от нейтрино, являются заряженными и потому их траектория искривляется магнитными полями Вселенной. Таким образом, установить источник этих лучей оказывается невозможным, но нейтрино помогут идентифицировать конкретное событие в пространстве-времени, которое породило поток высокоэнергетических частиц.

Астрофизики также надеются понять, как эти «лучи» разгоняются до скоростей, близких к световым. До сих пор учёные не понимают, какой космический ускоритель частиц действует на космические лучи, и опять же определить это поможет изучение свойств и происхождения космических нейтрино.

Учёные активно спорят о том, где располагается источник высокоэнергетических частиц — в пределах или за пределами нашей галактики, Млечного Пути. Большинство склоняются к последнему варианту, то есть, считается, что столь высоких энергий могут достичь разве что активные ядра галактик и аналогичные явления.

Другим возможным источником могут быть гамма-всплески — ярчайшие взрывы во Вселенной, которые могут происходить во время слияния двух нейтронных звёзд или образования сверхновой. Также космические лучи могут выходить из двух сливающихся галактик или даже из скоплений тёмной материи.

По результатам первичных анализов учёные установили, что лишь некоторые из 37 пойманных космических нейтрино происходят из источника, лежащего в пределах нашей галактики. Физики отмечают, что на сегодняшний день нет никаких прямых доказательств корреляции обнаруженных нейтрино с конкретными источниками, но работа над установлением происхождения частиц уже активно ведётся.