Нейтрино беспрецедентной энергии обнаружено в глубинах Средиземного моря

13 февраля 2023 года был совершен выдающийся научный прорыв: подводный телескоп KM3NeT/ARCA обнаружил на дне Средиземного моря нейтрино беспрецедентной энергии. Это открытие, опубликованное в феврале 2025 года в престижном журнале Nature, проливает новый свет на самые энергичные астрофизические явления во Вселенной и может произвести революцию в нашем понимании экстремальных космических процессов.

Нейтрино: неуловимые и удивительные частицы

Что такое нейтрино?

Нейтрино — это элементарные частицы, которые постоянно проходят через нашу планету со скоростью несколько миллиардов раз в секунду на квадратный сантиметр, не взаимодействуя с веществом. Открытые в 1956 году Фредериком Рейнесом и Клайдом Коуэном, эти частицы входят в Стандартную модель физики частиц и обладают рядом уникальных характеристик:

• Отсутствие электрического заряда: что делает их нечувствительными к электромагнитным полям.
• Чрезвычайно низкая масса: близкая к нулю, но не нулевая.
• Очень слабое взаимодействие с веществом, что делает их чрезвычайно трудными для обнаружения.

Нейтрино образуются во многих астрофизических и земных контекстах, включая:

• Во время ядерных реакций на Солнце.
• Во время сверхновых и слияний нейтронных звезд.
• Вблизи сверхмассивных черных дыр в далеких галактиках.
• В ядерных реакторах и во время естественного радиоактивного распада на Земле.

Революционное обнаружение в Средиземноморье

Событие исключительного масштаба

13 февраля 2023 года группа исследователей с помощью подводного телескопа KM3NeT/ARCA, установленного на глубине 3450 метров у побережья Сицилии, обнаружила нейтрино с беспрецедентной энергией 220 петаэлектронвольт (ПЭВ), или 220 миллионов миллиардов электронвольт.

Для сравнения:

• Это в 30 раз больше, чем предыдущий рекорд по обнаружению нейтрино на Земле.
• Это эквивалентно энергии шарика для пинг-понга, падающего с высоты одного метра, сконцентрированной в одной элементарной частице.
• Это обнаружение — настоящее достижение, поскольку оно подтверждает существование космических источников, способных ускорять частицы до экстремальных энергий.

Роль телескопа KM3NeT

Телескоп KM3NeT (Kilometer Cube Neutrino Telescope) — это подводная обсерватория, специализирующаяся на обнаружении высокоэнергетических нейтрино. В ее основе лежит сеть оптических датчиков, расположенных на длинных вертикальных линиях, закрепленных на дне океана. Когда нейтрино взаимодействует с молекулой воды, оно может породить релятивистский мюон, который испускает светящийся всплеск, называемый черенковским излучением, которое и фиксируется этими датчиками.

Обнаружив это сверхвысокоэнергетическое нейтрино, KM3NeT продемонстрировал свою способность идентифицировать чрезвычайно бурные космические события.

Каково происхождение этого нейтрино?

Экстремальные астрофизические источники

Это нейтрино, которое никогда ранее не было обнаружено на Земле, вызывает серьезный вопрос: откуда оно взялось?

Исследователи выдвигают несколько гипотез:

• Блазары: это активные галактические ядра, питаемые сверхмассивными черными дырами, испускающими очень интенсивное излучение. Известно, что некоторые блазары являются потенциальными источниками ультраэнергетических нейтрино.
• Ультраэнергетические космические лучи: это нейтрино может быть продуктом взаимодействия между очень высокоэнергетическими космическими лучами и фотонами из космического микроволнового фона (CMB), остатка Большого взрыва.
• Гамма-всплески (GRB): эти катаклизмические события являются одними из самых энергичных во Вселенной и могут быть источниками нейтрино сверхвысоких энергий.
• Слияния нейтронных звезд: при столкновениях между нейтронными звездами выделяется огромное количество энергии и потенциально могут возникать высокоэнергетические нейтрино.

Ученые пока не определили точный источник этого нейтрино, но они работают над дополнительными анализами, чтобы уточнить свои выводы.

Почему это открытие является революционным?

Навстречу новой эре в нейтринной астрономии

Нейтрино — исключительные космические посланники, поскольку, в отличие от фотонов или заряженных частиц, они движутся по прямой линии через Вселенную, не отклоняясь магнитными полями и не поглощаясь межзвездной материей. Это означает, что они могут дать нам прямое изображение самых бурных космических событий.

Это открытие особенно важно, потому что:

• Оно подтверждает теоретические модели ускорения частиц при экстремальных энергиях.
• Оно прокладывает путь к многоместной астрономии, сочетая обнаружение нейтрино с обнаружением гравитационных волн и гамма-лучей.
• Это также повышает интерес к подводным телескопам, таким как KM3NeT и IceCube (установленный в Антарктиде), для картирования астрофизических источников нейтрино.

Каковы следующие шаги?

Глобальная сеть наблюдений

В ближайшие годы исследователи намерены укрепить возможности наблюдений за нейтрино с помощью ряда проектов:

• Завершение строительства телескопа KM3NeT, который будет включать тысячи датчиков, размещенных на нескольких кубических километрах воды.
• Расширение сотрудничества с оптическими и гамма-телескопами для обнаружения в реальном времени астрофизических источников, связанных с обнаруженными нейтрино.
• Совершенствование алгоритмов искусственного интеллекта для лучшего анализа данных и выявления событий в режиме реального времени.

Многообещающее будущее астрономии частиц

Благодаря этому историческому обнаружению исследования нейтрино вступают в новую эру. В ближайшие годы эти неуловимые частицы могут раскрыть секреты самых бурных событий во Вселенной и помочь нам лучше понять формирование и эволюцию космических структур.

Благодаря технологическому прогрессу и развитию подводных телескопов нейтринная астрономия становится ключевым инструментом для раскрытия тайн Вселенной.