KM3NeT засёк нейтрино на 120 ПэВ и поставил астрофизиков в тупик
Подводный телескоп KM3NeT в Средиземном море зарегистрировал нейтрино такой энергии, до которой земная физика просто не дотягивается. Событие KM3-230213A дало реконструированную энергию около 120 ПэВ, а энергия исходной частицы могла доходить до 790 ПэВ. Для сравнения: Большой адронный коллайдер работает на уровне 14 ТэВ, то есть разница здесь не в процентах, а в нескольких порядках.
Сама новость важна не только из-за красивой цифры. Если расчёты верны, а детектор не сыграл с исследователями злую статистическую шутку, у астрофизиков появился прямой след от природного ускорителя частиц, который работает жёстче любого человеческого проекта и не спрашивает разрешения у бюджета.
Как KM3NeT поймал рекордное нейтрино
Сигнал зафиксировал модуль ARCA на глубине 3,5 километра у берегов Сицилии. Логика у таких установок старая и красивая: нейтрино влетает, крайне редко взаимодействует с веществом, рождает мюон, а тот даёт черенковскую вспышку в воде. По рисунку этой вспышки можно восстановить направление частицы, а в удачных случаях и её энергию.
В этом случае помогла трековая структура сигнала. Частица пришла из глубокого космоса и прошла Землю насквозь, что хорошо отсекает земную экзотику и атмосферный шум. Нейтрино именно за это и ценят: в отличие от заряженных космических лучей, они почти не сбиваются магнитными полями и несут информацию о месте рождения гораздо чище.
Есть и деталь, которая делает результат ещё неприятнее для конкурентов. На момент регистрации ARCA работала лишь частично: активна была 21 линия детекторов, хотя полный массив существенно больше. То есть KM3NeT поймал событие, которое не видели более зрелые установки, ещё до выхода на полную мощность.
Это особенно цепляет на фоне IceCube. Именно антарктический детектор в 2013 году фактически открыл эпоху астрофизических нейтрино высоких энергий, но здесь рекорд прилетел из Средиземного моря. Для проекта, который долго жил в тени IceCube, это очень удобный способ напомнить о себе без лишнего пиара.
Откуда мог прилететь сигнал KM3-230213A
Самая неприятная часть истории для теоретиков в том, что событие слишком мощное и слишком одинокое. IceCube и обсерватория Пьер Оже раньше не сообщали о нейтрино такого уровня, и расхождение оценивают примерно в 2,5 сигма. Это не катастрофа для статистики, но и не тот случай, который можно лениво списать на шум.
Исследователи нашли 17 кандидатов в области происхождения сигнала. Наиболее интересным выглядит блазар PMN J0606-0724, у которого за пять дней до регистрации случилась мощная радиовспышка. Сценарий с блазаром хорошо ложится в текущую картину: активное ядро галактики с джетом давно считается подходящим местом для разгона частиц до безумных энергий, просто прямых улик не хватало.
Одна из гипотез звучит почти как научная фантастика, но для астрофизики это будни: через джет сверхмассивной чёрной дыры могла пройти звезда-красный гигант, временно сделав среду достаточно плотной для экстремального ускорения частиц. Есть и более экзотические варианты, от космогенных нейтрино до распада тяжёлых частиц тёмной материи. Когда у вас один сигнал, фантазия у теории обычно бодрее, чем у эксперимента.
Важно и другое. KM3NeT состоит не только из ARCA для астрофизики, но и из ветки ORCA, заточенной под измерение свойств самих нейтрино, включая массовую иерархию. Если проект начнёт регулярно ловить такие события после полного развёртывания, Средиземное море быстро превратится из красивой географии в один из главных адресов нейтринной астрономии.
Полный массив KM3NeT должен расширить статистику уже в 2027 году.
