Нейтрино — крошечные элементарные частицы, которые почти не имеют массы, у них нет заряда и они очень редко взаимодействуют с окружающей материей. То есть, такие частицы довольно сложно «поймать», именно поэтому их называют «призрачными». Нейтрино легко могут проникать сквозь предметы, людей и проходить через планету.
Чтобы «ловить» нейтрино, ученые строят гигантские детекторы под водой, под землей, в толще льда. Когда нейтрино все же сталкивается с материей,частицы порождают вспышку, свет которой фиксируют сверхчувствительные датчики. Ученых интересуются нейтрино, потому что эти частицы несут информацию о далеких астрономических объектах.
Самые известные установки по поимке нейтрино — IceCube в Антарктиде и KM3NeT в Средиземном море. Последний состоит из двух массивов сфер с фотодетекторами, погруженных на глубину 3,5 километра. Ученые сравнивают их с подводными елками, чьи «гирлянды» ловят свет от столкновений нейтрино.
Статья по теме: Воздушные шары NASA в Антарктиде будут исследовать космические лучи и нейтрино
В феврале 2023 года детектор KM3NeT, завершенный лишь на 10 процентов, зафиксировал необычный сигнал — почти горизонтальную яркую линию. Анализ показал, что это след мюонов, частиц, возникших после удара нейтрино о детектор. Энергия частицы достигла 120 петаэлектронвольт (ПэВ) — в 10 раз больше, чем у предыдущего рекордсмена, найденного IceCube. Для сравнения: протоны в Большом адронном коллайдере разгоняются до 13 тераэлектронвольт (ТэВ) — в тысячи раз слабее.
Большинство нейтрино рождаются в атмосфере Земли при столкновении космических лучей с атомами газов. Такие частицы ученые называют «фоновым шумом» — их в миллиард раз больше, чем нейтрино из дальнего космоса. Чтобы отделить одно от другого, команда KM3NeT проверила данные на фоновые помехи. Расчеты подтвердили: частица прилетела из глубин Вселенной.
«Нейтрино — это посланцы катастроф, они летят прямо от источника. Если понять, откуда пришло нейтрино, можно найти объекты, которые их создают: черные дыры, сверхновые, квазары, а значит больше узнать об этих телах», — пояснил Морган Уошко (Morgan Wascko) из Оксфордского университета, соавтор исследования.
Статья по теме: 12 таинственных объектов и загадок Вселенной
Проследив траекторию частицы, ученые указали на участок неба размером с 20 лун. Там могут находиться активные ядра галактик, сливающиеся черные дыры или другие экстремальные объекты. Пока точный источник неизвестен — детектору не хватает мощности. Но к 2030 году KM3NeT достроят, и тогда он сможет фиксировать десятки подобных событий в год.
Научная работа о нейтрино с рекордной энергией опубликована в журнале Nature.