Сигнал з KM3NeT натякнув на нейтрино з рекордною енергією

Фізики з колаборації KM3NeT, які займаються реєстрацією нейтрино за допомогою глибоководного телескопа, повідомили про фіксацію сигналу мюона з енергією в кілька десятків петаелектронвольт. Якщо підтвердиться нейтринне походження цієї частинки, це стане рекордним значенням енергії нейтрино, коли-небудь зареєстрованим вченими. Про це відкриття дослідники повідомили 18 червня на конференції Neutrino 2024, про що коротко розповідає журнал Nature.

Нейтрино високих (від 10^14 до 10^17 електронвольт) і надвисоких (понад 10^17 електронвольт) енергій представляють для астрофізиків великий інтерес через їхню здатність долати без розсіювання космологічні відстані. Їхнє експериментальне дослідження стало можливим лише в останні десятиліття завдяки будівництву сучасних нейтринних обсерваторій. Такі установки не реєструють нейтрино безпосередньо, а детектують світло, що випромінюється продуктами їх взаємодії з речовиною. Через опосередкованість вимірювання та малий перетин взаємодії нейтрино з великою енергією зустрічаються дуже рідко, а їхня енергія зазвичай не перевищує частки петаелектронвольта.

Будівництво нових великих обсерваторій збільшує шанси на виявлення таких подій. Однією з таких обсерваторій є підводна лабораторія LSPM, оснащена детектором KM3NeT (Cubic-Kilometre Neutrino Telescope). На конференції Neutrino 2024 фізики з цієї колаборації повідомили про реєстрацію сигналу, який, можливо, залишило нейтрино надвисоких енергій.

Цей сигнал зареєстрував ARCA — найбільший компонент KM3NeT. Він складається з 28 ниток завдовжки 800 метрів, з 18 сферичними детекторними блоками на кожній. Весь комплекс занурений на глибину 3500 метрів неподалік від Сицилії. Черенковські детектори всередині сфер реєструють світло від заряджених частинок, що рухаються з навколосвітловою швидкістю у водному середовищі. Це можуть бути мюони, породжені взаємодією нейтрино з речовиною, або лавини частинок, породжені космічними променями з атмосфери. Для нейтрино найвищих енергій Земля служить екраном, тому їх сліди ловлять у вузькому прошарку напрямків поблизу горизонту. Згаданий сигнал прийшов з цієї області.

Незважаючи на те, що це був лише один мюон, який летів майже перпендикулярно до ниток телескопа, частинка задіяла 35% датчиків, що дозволило фізикам досить точно реконструювати траєкторію. Енергію частинки оцінили в десятки петаелектронвольт.

Фізики вважають, що найімовірнішим джерелом сигналу є масштабна космічна подія. Проте до підтвердження цієї гіпотези сигнал необхідно ретельно дослідити. Якщо нейтринна природа сигналу підтвердиться, то нейтрино, яке його породило, стане найбільш високоенергетичним за всю історію спостережень.