Учёные из международной коллаборации IceCube более десяти лет охотятся за одним из самых неуловимых видов частиц во Вселенной — нейтрино с экстремально высокой энергией. Эти частицы не имеют электрического заряда, практически лишены массы и крайне слабо взаимодействуют с материей, что делает их почти невидимыми для большинства детекторов.
Особенно трудно уловить нейтрино, чья энергия превышает 10¹⁶ электронвольт, поскольку они появляются в результате редчайших космических явлений, таких как столкновения ультраэнергетических космических лучей с фоновым излучением Вселенной.
Команда IceCube использует для своих поисков крупнейший в мире нейтринный детектор, расположенный глубоко во льдах Антарктики. Он регистрирует вспышки голубого света — черенковское излучение — возникающие при пролёте частиц через лёд. Хотя в теории поиск особенно ярких событий такого рода кажется простым, на практике его осложняют шумы от космических лучей, которые приходится отфильтровывать по направлению и энергетическому профилю.
За 12,6 лет наблюдений исследователи собрали около триллиона событий и смогли выделить из них всего три, которые потенциально соответствовали их критериям. Однако ни одно из них не оказалось достаточно энергичным, чтобы быть признанным настоящим кандидатом в космогенные нейтрино — именно такие частицы образуются, когда протоны ультраэнергетических космических лучей сталкиваются с фотонами космического микроволнового фона.
Хотя желаемого сигнала найти не удалось, учёные считают это тоже результатом. Отсутствие обнаруженных частиц позволяет установить пределы на поток таких нейтрино, а также впервые — с использованием данных IceCube — ограничить долю протонов в составе космических лучей. По их расчётам, если источники этих лучей распределены по Вселенной так же, как формируются новые звёзды, то доля протонов среди них не превышает примерно 70 процентов.
Следующим шагом в этой космической охоте станет модернизация обсерватории — проект IceCube-Gen2 должен увеличить чувствительность к нужным событиям в 30 раз. Команда надеется, что это позволит зарегистрировать нейтрино даже в случае, если протоны составляют лишь несколько процентов от всех ультраэнергетических частиц , бороздящих космос.