Физики из коллаборации KM3NeT, занимающиеся регистрацией нейтрино с помощью глубоководного телескопа, сообщили о поимке сигнала от мюона с энергией в несколько десятков петаэлектронвольт. Если подтвердится нейтринное происхождение этой частицы, это будет рекордное значение для энергии нейтрино, когда-либо зарегистрированное учеными. Об открытии исследователи сообщили 18 июня на конференции Neutrino 2024, кратко об этом рассказывает Nature.
Нейтрино высоких (от 1014 до 1017 электронвольт) и сверхвысоких (более 1017 электронвольт) энергий представляют для астрофизиков огромный интерес в связи с их способностью преодолевать без рассеяния космологические расстояния, однако их экспериментальное исследование стало возможным лишь в последние декады, благодаря строительству современных нейтринных обсерваторий.
Такие установки не регистрируют неуловимые частицы напрямую — они, как правило, детектируют свет, испущенный продуктами взаимодействия нейтрино с веществом. Из-за косвенности измерения и малости сечения взаимодействия нейтрино с большой энергией встречаются очень редко, а их энергия обычно не превышает долей петаэлектронвольта.
Строительство новых крупных обсерваторий увеличивает эти шансы. К их числу относится подводная лаборатория LSPM, оснащенная детектором KM3NeT (Cubic-Kilometre Neutrino Telescope). На прошедшей недавно конференции Neutrino 2024 физики из этой коллаборации поделились последними результатами измерений, упомянув, среди прочего, регистрацию сигнала, который, возможно, оставило нейтрино сверхвысоких энергий.
Этот сигнал зарегистрировал ARCA — крупнейший компонент KM3NeT. В настоящее время он состоит из 28 нитей длиной 800 метров с 18 сферическими детекторными блоками, нанизанными на каждую из них. Весь комплекс погружен под воду на глубину 3500 метров неподалеку от Сицилии. Черенковские детекторы внутри сфер регистрируют свет от заряженных частиц, летящих с околосветовой скоростью в водной среде. Это могут быть мюоны, порожденные взаимодействием нейтрино с веществом, либо лавины частиц, порожденные космическими лучами и прилетающими со стороны атмосферы. С другой стороны, для сигнала от нейтрино самых высоких энергий Земля служит экраном. По этой причине следы от таких частиц ловят в узкой прослойке направлений в близи горизонта, и упомянутый сигнал пришел как раз из этой области.
Несмотря на то, что это был всего один мюон, летевший почти перпендикулярно нитям телескопа, частица задействовала 35 процентов датчиков, и потому физики смогли довольно надежно реконструировать траекторию. Энергию частицы они оценили в десятки петаэлектронвольт.
Наиболее вероятным источником сигнала физики считают некоторое масштабное космическое событие, однако до подтверждения этой гипотезы сигнал необходимо исследовать более тщательно. Тем не менее, если нейтринная природа этого сигнала подтвердится, то нейтрино, его породившее, станет самым высокоэнергетическим за всю историю наблюдений за этими частицами.