Учёные впервые получили надёжные следы нейтрино из-за пределов Солнечной системы. Конечно, никто и не сомневался в их существовании, но сейчас удалось впервые их зарегистрировать и доказать, что источник находится в глубоком космосе. Помог в этом нейтринный детектор IceCube на Южном полюсе.
IceCube обнаружил 28 нейтрино с аномально высокой энергией. «Это огромный результат. Он может ознаменовать начало нейтринной астрономии, — не скрывает радости Даррен Грант (Darren Grant), доцент кафедры физики университета Альберты и один из руководителей проекта IceCube Collaboration, который объединяет более 250 физиков и инженеров из десятка стран.
Нейтрино из-за пределов Солнечной системы имеют более высокую энергию. Они образовались в результате разных космических явлений, таких как гамма-всплески, формирование чёрных дыр и галактических ядер далеко во Вселенной. Изучение этих нейтрино позволяет заглянуть за пределы, ограниченные разрешением оптических и радиотелескопов.
До сих пор учёные изучали только низкоэнергетические нейтрино, которые родились в верхних слоях земной атмосферы, а также частицы от недалёкой сверхновой 1987A. Но 28 новых нейтрино обладают гораздо большей энергией: от 30 до 1200 ТэВ! Для сравнения, после апгрейда Большого адронного коллайдера в 2015 году с увеличением его мощности он сможет сталкивать частицы с энергией «всего» 14 тераэлектронвольт.
Нейтрино с рекордной энергией 1,2 ПэВ зарегистрирован 3 января 2012 года и получил от физиков имя Эрни (Ernie)
Эти нейтрино явно пришли издалека, причём учёные пока не могут сказать, откуда именно, потому что у 28 нейтрино нет кластеризации во времени или пространстве. «Я уверен, что через 20 лет мы оглянемся назад и скажем: да, это было начало нейтринной астрономии», — сказал Джон Лирнид (John Learned) в комментарии для журнала Science.
Нейтринная обсерватория IceCube («Ледяной куб») вышла на полную мощность в декабре 2010 года, хотя в ограниченном режиме начала работу раньше. Конструкция состоит из 5160 оптических детекторов, аккуратно вмороженных в лёд на глубине от 1450 до 2450 метров (туннели во льду прокладывали горячей водой). Детекторы собраны в 86 километровых нитей по 60 штук. Конструкция схематически показана на иллюстрации.
Получается, что в качестве детектора используется огромная глыба льда, которая со всех сторон окружена вмороженными туда датчиками. Вот как выглядят отдельные оптические сенсоры. Сенсоры регистрируют черенковское излучение мюонов высокой энергии, движущихся из-под земли. Такие мюоны могут рождаться только при взаимодействии мюонных нейтрино, прошедших сквозь Землю, с электронами и нуклонами льда. Тысячи километров земного вещества служат в качестве фильтра, отсекая «лишние» частицы. То есть IceCube на Южном полюсе детектирует нейтрино, приходящие с северной полусферы неба.
Ледяной «кубик» (точнее, правильная шестиугольная призма) является крупнейшим в мире детектором нейтрино. Возможно, он поможет добыть первые доказательства существования множественных измерений во Вселенной, подтвердив теорию струн, на основе которой и сформулирована Единая теория, являющаяся чашей Грааля современной физики.
Теория струн предсказывает существование стерильных нейтрино, которые приходят к нам из других измерений со скоростью, якобы (для наблюдателя) превышающей световой барьер (также как скорость распространения гравитации для нас, наблюдателей, тоже якобы превышает световой барьер). Собственно, именно эти стерильные нейтрино, среди прочих, ищет IceCube.
Проект IceCube стартовал в 2002 году, а работы по установке детекторов начались в 2005 году. К декабрю 2010 года работа была закончена, в 2011 году систему запустили на полную мощность — и вот спустя два с половиной года, наконец, получены первые обнадёживающие результаты. Теперь нужно продолжить сбор данных, и через несколько лет станет возможным определить источник(-и) этих нейтрино: про мере детектирования новых нейтрино картина постепенно проявится, как на фото с длительной экспозицией.
Научная работа с описанием первых высокоэнергетических нейтрино опубликована в журнале Science 22 ноября 2013 года.
Автор: alizar
