IceCube впервые «поймал» сразу три нейтрино

N+1

Нейтринная обсерватория IceCube, находящаяся на Южном полюсе, впервые зафиксировала сразу три нейтрино, предположительно пришедших от одного источника. По словам физиков, случайно такое событие можно ожидать примерно раз в 13,7 лет. Пространственная и временная близость вызвала интерес ученых и спустя сутки после события была организована кампания по поиску электромагнитной компоненты сигнала. Однако обнаружить источник не удалось. О наблюдениях сообщает препринт, опубликованный на сервисе arXiv.org, краткое изложение приводит Science News.

Нейтрино — легкие и слабо взаимодействующие с веществом частицы, рождающиеся при распадах и в других ядерных процессах. Из-за своей природы они могут путешествовать в космосе на очень большие расстояния. По энергетическому спектру нейтрино можно установить, какие процессы происходят в том или ином удаленном объекте — это одна из задач нейтринной астрофизики. Однако существует масса возможных источников нейтрино. Помимо таких «космических» процессов, как взрывы сверхновых или вспышки активных галактических ядер, нейтрино рождаются в огромных количествах в Солнце и в атмосфере Земли, вследствие взаимодействия космического излучения с ядрами в молекулах воздуха. 

Впервые внегалактические нейтрино были зарегистрированы в 1987 году — при вспышке сверхновой в Большом Магеллановом Облаке. Три года назад об уверенной регистрации потока астрофизических нейтрино сообщила коллаборация IceCube. Детектор эксперимента представляет собой 86 гирлянд с фотодатчиками, расположенных внутри кубического километра льда, на глубине от 1,5 до 2,5 километра. Когда высокоэнергетическое нейтрино попадает в детектор, с некоторой вероятностью оно взаимодействует с ядром молекулы воды. Это приводит к рождению огромного числа частиц и вспышке, фиксируемой детекторами. По яркости этой вспышки физики оценивают энергию нейтрино. 

Отслеживание вспышек идет в автоматическом режиме. Регистрация нейтрино особенно высоких энергий или большого количества нейтрино одновременно пришедших из примерно одного направления запускает автоматические наблюдения «по горячим следам». В них участвует сеть обсерваторий, работающих в разных диапазонах электромагнитного излучения — от оптического (в том числе сеть МАСТЕР), до рентгеновского (Swift) и гамма-излучения (VERITAS). 

Событие, описанное в новой работе, оказалось почти достаточным для того, чтобы запустить автоматические наблюдения. Система зарегистрировала 17 февраля 2016 года две пары нейтрино с разницей менее 100 секунд, причем нейтрино первой пары оказалось учтено и во второй паре. Разброс предполагаемых координат источников трех нейтрино оказался лишь на одну десятую градуса больше, чем требуется системе (3,6 градуса вместо 3,5). Поэтому поиск электромагнитных составляющих импульса был запущен лишь спустя 22 часа после события. Исследователи оценивают, что в случае автоматического отбора трехнейтринного события, задержка составила бы лишь одну минуту.

Анализ архивных данных и данных дополнительных наблюдений обнаружил лишь один источник рентгеновского излучения в интересующей физиков области неба. Как отмечает коллаборация, вероятно, он не связан с нейтрино. Ученые допускают, что фиксация трех нейтрино могла оказаться случайным совпадением, однако однозначно отмести астрофизическое происхождение частиц также невозможно. По статистике ученые ожидают фиксации 66 дублетов нейтрино (пар частиц) в год или один триплет в 13,7 лет. Это первая регистрация триплета с 2008 года, когда детектор начал свою работу.

Год назад международная группа астрофизиков впервые указала на возможный источник космического нейтрино, обнаруженного детектором IceCube. Им оказался блазар PKS B1424−418, расположенный в южном созвездии Центавра. Период повышенной гамма-активности блазара и его местоположение совпали с фиксацией двух-петаваттной частицы.