Детекторы уловили нейтрино из недр Земли и просторов космоса
Нейтрино представляют собой нейтрально заряженные частицы, почти не имеющие массы, которые рождаются в ходе радиоактивных распадов. Они очень редко взаимодействуют с другими частицами и потому путешествуют сквозь любую материю — в том числе и человеческое тело — почти беспрепятственно и незаметно.
С этой частицей связана масса загадок, которые физики пытаются разгадать в течение многих десятилетий. К примеру, ранее учёные утверждали, что нейтрино могут двигаться быстрее скорости света, то есть, путешествовать во времени, однако позднее эту гипотезу опровергли.
Также исследователи предполагали, что нейтрино и антинейтрино могут быть одной и той же частицей, то есть нейтрино является античастицей самой себе. И, наконец, одним из самых интересных исследований нейтрино, можно считать изучение нейтринных осцилляций — то есть, превращения электронного нейтрино в мюонное, а мюонного — в тау-нейтрино.
Авторы новых исследований пытались уловить эти частицы, которые попали в детектор из космоса или недр Земли. В Гран-Сассо, Италия, физики построили огромный детектор "Борексино", представляющий собой гигантскую металлическую сферу. Она заполнена жидким сцинтиллятором, который сигнализирует о попадании в детектор нейтрино.
С конца 2007 года руководители эксперимента анализировали многочисленные данные, собранные за 2056 дней. Теперь же физики объявили об удивительной находке — обнаружении так называемых геонейтрино, пришедших в детектор из земной коры и мантии.
Геонейтрино, как поясняют исследователи, представляют собой античастицы обычных нейтрино, попадавших ранее как в детектор "Борексино", так и в японский KamLAND. Открытие геонейтрино характеризуется 5,9 сигма: это означает, что вероятность ошибки составляет 1 шанс из 275 миллионов. По этому показателю открытие превышает признанные 5 сигма, которых достаточно для подтверждения открытия в физике частиц.
Полученный массив данных также позволил физикам наиболее точно измерить соотношение радиоактивного урана и тория в пределах Земли, которое ответственно за производство частиц. Учёные смогли различить геонейтрино, происходящие из земной коры, и их же "собратьев", происходящих из глубин мантии нашей планеты.
"Мы получили доказательства того, что некоторые радиоактивные вещества действительно присутствуют в земной мантии", — говорит руководитель эксперимента "Борексино" Джанпаоло Беллини (Gianpaolo Bellini) из Итальянского национального института ядерной физики. Он и его коллеги написали статью о геонейтрино в журнале Physical Review D.
В то время как эксперимент "Борексино" был направлен на поиск "глубинных" нейтрино, появившихся буквально у человека из-под ног, физики из эксперимента IceCube искали космических гостей. В первую очередь их интересовали те частицы, которые сформировались в результате гамма-всплесков или были выброшены чёрными дырами.
Первые свидетельства космических высокоэнергетических нейтрино появились в 2013 году: тогда было зарегистрировано всего два случая попадания частиц в детектор. Эти частицы даже получили имена собственные — Берт и Эрни, в честь персонажей "Улицы Сезам".
С тех пор физики зарегистрировали ещё массу случаев попадания космических нейтрино в IceCube. Последнее попадание было зафиксировано в начале августа 2015 года. Тогда энергетический уровень частицы оценили в более чем 2000 триллионов электронвольт: это была частица-рекордсмен, энергия которой оказалась в 150 раз выше, чем энергия столкновений на Большом адронном коллайдере.
Как сообщил руководитель проекта IceCube Фрэнсис Хальцен (Francis Halzen) из Университета Висконсина-Мэдисона, в данный момент эксперимент просто изобилует новыми данными. Анализ всей этой информации займёт немало времени, и сейчас исследователи даже затрудняются выделить отдельные случаи попадания нейтрино в детектор.
Физики надеются, что в ближайшем будущем исследование высокоэнергетических космических нейтрино поможет пролить свет на одну из величайших тайн Вселенной — природу тёмной материи.