Ученые наблюдали космическое нейтрино сверхвысокой энергии

Обнаружение нейтрино с рекордной энергией около 220 ПэВ, зафиксированное 13 февраля 2023 года детектором ARCA нейтринного телескопа KM3NeT, стало знаковым событием в области нейтринной астрономии. Это событие, названное KM3-230213A, представляет собой первое доказательство существования нейтрино столь высокой энергии во Вселенной.

Оно было идентифицировано как одиночный мюон, пересекший весь детектор и вызвавший сигналы в более чем трети активных датчиков. Наклон траектории и огромная энергия частицы указывают на её космическое происхождение, вероятно, в результате взаимодействия нейтрино вблизи детектора. После долгой и кропотливой работы по анализу и интерпретации экспериментальных данных международное научное сотрудничество KM3NeT сообщает подробности этого открытия в статье, недавно опубликованной в журнале Nature.

Открытие знаменует начало новой эры в изучении высокоэнергетических астрофизических явлений, таких как аккреция сверхмассивных черных дыр, взрывы сверхновых и гамма-всплески. Нейтрино, будучи нейтральными и почти не взаимодействующими с материей, являются уникальными космическими посланниками, позволяющими исследовать самые удаленные и энергетически мощные процессы во Вселенной. Однако их слабое взаимодействие с веществом делает их обнаружение крайне сложным, что требует использования гигантских детекторов, таких как KM3NeT.

Нейтринный телескоп KM3NeT, расположенный в Средиземном море, использует морскую воду как среду для взаимодействия нейтрино. Его оптические модули фиксируют черенковское излучение, возникающее при движении ультрарелятивистских частиц, образованных в результате взаимодействия нейтрино.

Детектор ARCA, расположенный на глубине 3450 метров у побережья Сицилии, предназначен для изучения нейтрино высочайших энергий, в то время как детектор ORCA, находящийся у побережья Франции, сосредоточен на исследовании фундаментальных свойств нейтрино.

Обнаружение нейтрино с энергией 220 ПэВ (220 x 10¹⁵ электрон-вольт или 220 миллионов миллиардов электрон-вольт) стало возможным благодаря точной калибровке телескопа и сложным алгоритмам реконструкции треков. Это достижение было сделано при использовании лишь десятой части окончательной конфигурации детектора, что подчеркивает огромный потенциал KM3NeT для будущих исследований. Ученые предполагают, что это нейтрино могло быть произведено мощным космическим ускорителем или являться первым обнаруженным космогенным нейтрино, образованным в результате взаимодействия космических лучей с фотонами реликтового излучения.

Будущие наблюдения с расширенной конфигурацией KM3NeT позволят обнаружить больше подобных событий, что поможет уточнить происхождение таких высокоэнергетических нейтрино. Это открытие стало результатом международного сотрудничества более 360 ученых, инженеров и студентов из 21 страны, демонстрируя важность коллективных усилий в развитии нейтринной астрономии и физики элементарных частиц.