В недрах Средиземного моря, на расстоянии 80 километров от побережья Сицилии, произошло событие, способное изменить наше понимание космической реальности. 13 февраля 2023 года детектор ARCA, часть нейтринного телескопа KM3NeT, зарегистрировал нейтрино с рекордно высокой энергией — около 220 ПэВ (220 миллионов миллиардов электронвольт).
Это феноменальное открытие, получившее название KM3-230213A, стало первым свидетельством существования таких высокоэнергетических нейтрино во Вселенной. Исследователи международной научной коллаборации KM3NeT, после длительного анализа экспериментальных данных, опубликовали результаты в журнале Nature 12 февраля 2025 года.
Зарегистрированное событие классифицировали как одиночный мюон, прошедший через детектор и оказавший воздействие на более чем треть активных сенсоров. Угол его траектории в сочетании с колоссальной энергией ясно указывает на происхождение мюона в результате взаимодействия космического нейтрино в непосредственной близости от детектора.
Паскаль Койл, представитель KM3NeT и исследователь Национального центра научных исследований Франции, отметил: «KM3NeT начал исследовать диапазон энергий, где нейтрино могут возникать из самых экстремальных астрофизических процессов. Это первое обнаружение нейтрино с энергией в сотни ПэВ открывает новую страницу в нейтринной астрономии и даёт возможность по-новому взглянуть на Вселенную».
Высокоэнергетическая Вселенная охватывает катаклизмические явления, такие как аккреция сверхмассивных чёрных дыр в галактических центрах, взрывы сверхновых, гамма-всплески, которые остаются в значительной мере неизученными. Эти мощные космические ускорители создают потоки космических лучей. Некоторые из этих лучей взаимодействуют с материей или фотонами возле источника, производя нейтрино и фотоны. Путешествуя по Вселенной, наиболее энергичные космические лучи могут также взаимодействовать с фотонами реликтового излучения, порождая чрезвычайно энергичные «космогенные» нейтрино.
Роза Конильоне, заместитель представителя KM3NeT и исследователь Национального института ядерной физики Италии, объясняет: «Нейтрино — одни из самых загадочных элементарных частиц. У них нет электрического заряда, их масса практически нулевая, и они слабо взаимодействуют с веществом. Эти частицы — особые космические вестники, приносящие уникальную информацию о механизмах, задействованных в самых энергичных явлениях, и позволяющие исследовать дальние уголки Вселенной».
Нейтринный телескоп KM3NeT, находящийся на этапе строительства, представляет собой грандиозную глубоководную инфраструктуру, включающую два детектора — ARCA и ORCA. В полной своей конфигурации KM3NeT займет объём более одного кубического километра.
KM3NeT использует морскую воду в качестве среды взаимодействия для нейтрино. Его современные оптические модули фиксируют черенковское излучение, возникающее в результате распространения в воде ультрарелятивистских частиц, образующихся при взаимодействии нейтрино.
Аарт Хейбур, менеджер по физике и программному обеспечению KM3NeT и исследователь Национального института субатомной физики Нидерландов, комментирует: «Для определения направления и энергии нейтрино потребовалась точная калибровка телескопа и сложные алгоритмы реконструкции треков. Более того, это открытие удалось сделать с использованием лишь одной десятой части окончательной конфигурации детектора, что демонстрирует огромный потенциал нашего проекта в исследовании нейтрино и нейтринной астрономии».
Детектор KM3NeT/ARCA предназначен для изучения нейтрино самых высоких энергий и их источников во Вселенной. Он расположен на глубине 3450 метров в 80 км от побережья Портопало-ди-Капо-Пассеро, Сицилия. Его детектирующие единицы (ДУ) высотой 700 метров закреплены на морском дне и располагаются на расстоянии около 100 метров друг от друга. Каждая ДУ содержит 18 цифровых оптических модулей (DOM), каждый из которых включает в себя 31 фотоумножитель (ФЭУ). В своей окончательной структуре ARCA будет состоять из 230 ДУ. Данные передаются по подводному кабелю на береговую станцию в Национальных лабораториях Юга INFN.
Детектор KM3NeT/ORCA оптимизирован для изучения фундаментальных свойств нейтрино. Он расположен на глубине 2450 метров в 40 км от побережья Тулона, Франция. ORCA состоит из 115 ДУ высотой 200 метров и с интервалом 20 метров. Данные, собранные ORCA, передаются на береговую станцию в Ла-Сен-сюр-Мер.
Нейтрино с высокой энергией, как KM3-230213A, могут иметь происхождение от мощного космического ускорителя, либо это может быть первым зафиксированным космогенным нейтрино. Однако на основании одного события сделать точные выводы о его происхождении сложно.
Дальнейшие наблюдения будут сосредоточены на фиксировании большего числа подобных явлений для понимания их сути. Продолжающееся расширение телескопа KM3NeT с добавлением новых детекторов и сбором дополнительных данных усилят его чувствительность и улучшат возможности по определению источников космических нейтрино.
Коллаборация KM3NeT объединила более 360 учёных, инженеров, техников и студентов из 68 учреждений 21 страны мира.
Источник: iXBT
