Обнаружен самый энергетичный нейтрино в истории

На дне Средиземного моря, в обсерватории, которая еще находится в стадии строительства, был зафиксирован нейтрино с самой высокой энергией из когда-либо зарегистрированных. Эти ультраэнергичные нейтрино, крошечные субатомные частицы, движущиеся почти со скоростью света, существуют всего около десятилетия и считаются вестниками самых катастрофических событий во Вселенной, таких как вспышки роста сверхмассивных черных дыр в далеких галактиках.

Обнаружение этого нейтрино стало сенсацией на конференции Neutrino 2024 в Милане, Италия. Физик Жоао Коэльо, выступая в самом конце своего доклада, объявил о находке, поразив научное сообщество.

Нейтрино был зафиксирован обсерваторией Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss (ARCA), расположенной на глубине 3500 метров у побережья Сицилии. Эта обсерватория является частью проекта Cubic Kilometre Neutrino Telescope (KM3NeT), включающего также массив детекторов у берегов Тулона, Франция. Проект поддерживается рядом европейских стран, а также Марокко, Южной Африкой, Австралией, Грузией, Китаем и ОАЭ.

ARCA собирает данные с середины 2010-х годов и в настоящее время состоит из 28 нитей детекторов, которые планируется расширить до 230 к 2028 году. Каждая нить длиной 800 метров оснащена 18 детекторами, способными фиксировать даже слабые вспышки света.

Основная масса света, который фиксирует ARCA, исходит от высокоэнергичных космических лучей, сталкивающихся с атмосферой Земли и создающих каскады заряженных частиц. Эти частицы могут двигаться в воде на километры, оставляя за собой слабые вспышки света, которые и фиксирует ARCA.

Нейтрино могут проходить сквозь Землю, и каскады частиц, которые они создают, могут приходить с любого направления. Поэтому, когда ARCA фиксирует горизонтально или восходящее движение частиц, это скорее всего нейтрино, а не космические лучи. При этом для самых высокоэнергичных нейтрино Земля выступает в роли барьера, что позволяет легче отличить их от космических лучей.

Во время своего выступления Коэльо сообщил, что более трети сенсоров ARCA зарегистрировали вспышки света, соответствующие прохождению мюона, вызванного нейтрино, пришедшим с угла примерно в один градус ниже горизонта. Частица, вероятно, имела энергию в десятки петаэлектронвольт, что делает её самой энергетичной из когда-либо обнаруженных.

Продолжается строительство и других обсерваторий, способных фиксировать такие высокоэнергичные нейтрино. Среди них проекты в Канаде и Юте. До недавнего времени только обсерватория IceCube в Антарктиде могла фиксировать такие частицы, что делает обнаружение с помощью гораздо меньшей ARCA ещё более значительным событием.