Нейтрино крайне редко взаимодействуют с веществом: мириады этих почти безмассовых частиц пронзают Землю, оставаясь незамеченными. Для наблюдения за ними строят детекторы гигантского объема под землей или водой, способные уловить единичные события в потоках космических частиц. Один из таких инструментов расположен в Средиземном море. Это KM3NeT — нейтринный детектор черенковского типа объемом один кубический километр воды. Коллаборация работающих на нем ученых сообщила о регистрации сигнала от астрофизического нейтрино рекордной энергии.
Пять фотодетекторов ARCA готовы к установке / © KM3NeT Collaboration
Нейтрино рождаются в ядерных реакциях. На Земле их получают в реакторах и на ускорителях, в космосе их испускают звезды. Когда частица пронзает вещество детектора со скоростью больше скорости света (в этой среде) и сталкивается с каким-нибудь атомом, что хоть и редко, но происходит, она испускает фотон, создающий голубое свечение. Его регистрируют фотоумножители, а ученые затем вычисляют энергию частицы и направление ее движения. Это позволяет установить астрофизический источник нейтрино.
Чем больше объем детектора, тем более он чувствительный. Первые оценки энергии астрофизических нейтрино получили на телескопе IceCube в Антарктиде — 1015 электронвольт (петаэлектронвольт). Его источники расположены в нашей Галактики, а также в нескольких молодых галактиках с активным звездообразованием. Это в сумме дает примерно 15 процентов наблюдаемых нейтрино. Источник остальных неизвестен.
KM3NeT — нейтринный телескоп черенковского типа нового поколения, строящийся в Средиземном море. В него входят два детектора на глубине более двух километров. Один из них, наиболее глубоководный, — ARCA — в феврале 2023 года зарегистрировал необычный сигнал. Согласно расчетам, это нейтрино с энергией 120 петаэлектронвольт (разброс от +110 до -60), летевшее почти горизонтально по отношению к телескопу. Ученые заключили, что атмосферное нейтрино маловероятно могло идти под таким углом, скорее всего его источник в далеком космосе. Статья об этом вышла в Nature.
Энергия частицы, обозначенной как KM3-230213A, в десять раз превышает ограничения, полученные ранее на IceCube и в обсерватории Pierre Auger в Аргентине. Обе эти установки не увидели частицу KM3-230213A, но ее существование подтвердили другие телескопы. Поиски астрофизического источника нейтрино в каталогах пока не привели к успеху, что неудивительно, учитывая большой разброс в оценках траектории.
Телескоп KM3NeT еще строится, его детектор ARCA работает на мощности в 10 процентов от запланированной. Однако регистрация такой высокоэнергетической частицы говорит о его хорошей чувствительности и большом потенциале для будущих исследований.
