Сюрприз и загадка: подводный телескоп обнаружил необычную частицу, которая озадачила ученых.

МАДРИД - После создания первой в истории ядерной бомбы группа ученых из США приступила к реализации проекта «Полтергейст». Термин немецкого происхождения обозначал призрачные явления, и именно в этом заключалась его цель: обнаружить неизвестную элементарную частицу, которая была необходима для того, чтобы Вселенная была такой, какая она есть, и которую, как все считали, невозможно было поймать. Благодаря секретным реакторам деления ядер в рамках Манхэттенского проекта команде это удалось. В 1956 году они написали письмо Вольфгангу Паули, австрийскому физику-еврею, скрывавшемуся от нацистов, который пятнадцатью годами ранее выдвинул теорию о существовании этой частицы. «Это было начало впечатляющей научной саги в попытке понять эту частицу, вторую по распространенности частицу во Вселенной после фотона, из которого состоит свет. Пионерами нейтриноведения были массивные детекторы, построенные под землей в старых шахтах или подо льдом Южного полюса. Теперь одна из таких установок, погруженная на дно Средиземного моря на глубину 3 500 метров, обнаружила самое энергичное нейтрино из когда-либо обнаруженных. Его энергия примерно в 10 000 раз больше, чем у самого большого в мире ускорителя частиц LHC, и примерно в 30 раз больше, чем у любого нейтрино, когда-либо наблюдавшегося ранее. Это элементарная частица с самой высокой энергией из когда-либо наблюдавшихся», - с эйфорией подытоживает Хуан де Диос Зорноза, 48-летний физик из Аликанте (Испания), возглавляющий испанское участие в подводной обсерватории KM3NeT, с помощью которой он и сделал это открытие. На жаргоне физиков это нейтрино достигло 220 петаэлектронвольт, что является чем-то «экстраординарным». «Скачок энергии настолько велик, что кажется, будто это нейтрино было произведено новым типом источника или новым механизмом», - говорит исследователь из Института корпускулярной физики в Валенсии (CSIC). 13 февраля 2023 года детектор ARCA, одна из двух обсерваторий KM3NET, расположенных у побережья Сицилии в Италии, зафиксировал частицу очень высокой энергии. Его детекторы похожи на огромные незакрепленные жемчужные ожерелья, висящие над морским дном. Каждый шар - это глаз, предназначенный для улавливания голубой вспышки, которая возникает в воде всякий раз, когда частица превышает скорость света в этой среде, так называемое черенковское излучение. Обнаруженная частица оказалась мюоном, возникшим в результате распада нейтрино вблизи обсерватории. Это открытие - триумф европейского телескопа, который должен стать самым мощным в мире, когда его строительство будет завершено примерно через пять лет. Установка общей стоимостью около 350 миллионов евро станет преемницей нынешнего храма нейтринной науки - американской обсерватории IceCube, чьи детекторы вмонтированы в антарктический лед. «Происхождение этого нейтрино - загадка. Авторы эксперимента считают, что оно пришло откуда-то из другой галактики - Млечного Пути. Детекторы нейтрино погребены под землей, водой или льдом, чтобы защитить их от шума, создаваемого миллионами других частиц, которые постоянно сталкиваются с атмосферой и достигают Земли. «В 1934 году итальянский физик Энрико Ферми назвал эту частицу (нейтрино), чтобы отличить ее на своем языке от нейтрона (нейтрона) и выразить, что у нее нет заряда и почти нет массы. Эти характеристики позволяют ей путешествовать по Вселенной в течение миллиардов лет, практически не имея ничего, что могло бы отклонить или повлиять на нее. Именно поэтому нейтрино являются исключительными космическими посланниками, которые приносят информацию о самых бурных явлениях во Вселенной, таких как космические лучи, и могут помочь нам понять, почему нынешняя Вселенная полна материи, а не антиматерии, благодаря дисбалансу, возникшему в моменты после Большого взрыва, около 13,8 миллиарда лет назад. Зорноза объясняет, что возможным источником этого нейтрино мог бы быть блазар. Это «тип галактики, в центре которой находится черная дыра с массой в миллионы солнечных масс, где вещество аккрецирует [падает] в дыру, и образуются струи ускоренных частиц; сверхкатастрофический источник», - говорит он. Другая возможность заключается в том, что это остатки космического луча, который взаимодействовал с остатками света, оставшегося после Большого взрыва, в результате которого возникла Вселенная. Третий, гораздо более отдаленный вариант: это нейтрино возникает в результате распада темной материи, неизвестного компонента, составляющего 25 % всей Вселенной». С сегодняшнего дня физики-теоретики всего мира начнут проводить расчеты, чтобы попытаться объяснить происхождение и природу этой частицы. Это открытие поднимает еще одну загадку: почему детектор KM3NeT, который все еще строится и выйдет на полную мощность только к концу этого десятилетия, уловил такую энергичную частицу, а IceCube, гораздо более мощный и работающий уже десять лет, ничего не увидел. Это может быть связано с расположением Средиземноморского эксперимента, считает Зорноза, хотя он также приписывает это «чистой удаче». Представленное сегодня открытие «представляет огромный интерес», говорит Карлос Перес де лос Херос, который не принимал участия в исследовании. 61-летний физик из А-Коруньи является старейшим испанским сотрудником эксперимента IceCube, с которым он связан с 1997 года. До сих пор эта антарктическая обсерватория не обнаруживала нейтрино крупнее 10 петаэлектронвольт. «Многие люди, как физики-теоретики, так и сотрудники эксперимента IceCube, начали задумываться о том, что энергетический спектр астрофизических нейтрино может быть ограничен, так что нейтрино не будет существовать после определенной энергии, близкой к максимальной, обнаруженной IceCube», - объясняет он в своем письме. «Если это событие KM3NET реально, то оно изменит эту парадигму, или, по крайней мере, ограничение потока нейтрино будет происходить при гораздо более высоких энергиях», - говорит он. В любом случае, Перес де лос Херос призывает к спокойствию. Это «может стать очень интересным достижением в нейтринной астрофизике, но мы должны дождаться новых событий», - предупреждает он. Менеджеры KM3NeT продолжают разворачивать с кораблей ряды двух детекторов обсерватории - ORCA, расположенного недалеко от Марселя (Франция), и ARCA, находящегося примерно в 100 километрах от Сицилии (Италия). В проекте участвуют около 350 ученых из 16 стран. Испания занимает четвертое место по численности участников - около 30 человек. В окончательной конфигурации этот подводный телескоп будет иметь объем в один кубический километр и более 200 рабочих линий, каждая из которых будет иметь длину около 400 метров. Конечная цель состоит в том, чтобы следующее большое нейтринное открытие было сделано не в секретном ядерном реакторе, а на дне Средиземного моря».