Физики из коллаборации KM3NeT подтвердили открытие космического нейтрино рекордно большой энергии (как минимум 120 петаэлектронвольт). Его источником могут быть 12 блазаров, а зарегистрирована частица была при помощи глубоководного детектора ARCA. Статья опубликована в журнале Nature.
Астрофизические нейтрино с энергией от нескольких тераэлектронвольт до нескольких петаэлектронвольт рождаются при распаде мезонов или взаимодействии космических лучей с атомными ядрами и фотонами. Их рождение может происходить либо вблизи источников космических лучей, таких как активные ядра галактик, либо вдоль пути распространения космических лучей, а благодаря их слабому взаимодействию с магнитными полями и межзвездным веществом они могут на пути к Земле преодолевать огромные расстояния.
Для регистрации подобных частиц создаются огромные детекторы, такие как Baikal-GVD или ICeCube, фиксирующие траекторию нейтрино благодаря черенковскому излучению, возникающему при взаимодействии нейтрино с другими частицами. При этом чем выше энергия нейтрино, тем реже случаются события их регистрации.
Летом 2024 года коллаборация KM3NeT сообщила о потенциальном случае регистрации нейтрино сверхвысоких энергий при помощи детектора ARCA, который расположен у побережья Сицилии на глубине около 3450 метров и состоит из множества вертикальных нитей, каждая из которых содержит 18 сферических детекторных блоков. Тогда предполагалось, что это мюон с энергией в десятки петаэлектронвольт, который был обнаружен ночью 13 февраля 2023 года.
Трек мюона KM3-230213A, обнаруженного ARCAТеперь же физики сообщили о подтверждении этого открытия, определив, что высокоэнергетический мюон, обнаруженный во время события KM3-230213A и породивший три ливня вторичных частиц вдоль горизонтального трека, возник при прохождении космического нейтрино сквозь Землю, чей нижний порог энергии оценивается в 120 петаэлектронвольт, а потенциальная энергия — в 220 петаэлектронвольт. Это примерно в десять тысяч раз больше, чем энергия частиц, получаемая в земных ускорителях, предыдущие рекорды для космических нейтрино составляли 6,05 петаэлектронвольта (электронное антинейтрино) и около десяти петаэлектронвольт (мюонное нейтрино).
Ученые смогли выделить на небе область, способную содержать потенциальные источники нейтрино высоких энергий, однако не смогли найти убедительных галактических источников. Тем не менее они выделили 12 возможных внегалактических источников нейтрино в виде блазаров — активных ядер галактик, содержащих сверхмассивные черные дыры, чьи джеты могут быть направлены на земного наблюдателя. Альтернативной гипотезой является космогенное нейтрино, в этом случае нейтрино генерируется в результате взаимодействия космических лучей с внегалактическим фоновым излучением или космическим микроволновым фоном.
Карта неба и потенциальные источники события KM3-230213A