|
Новый телескоп отправляется на поиски истоков Вселенной
|
|
|
|
Под волнами Средиземного моря европейский нейтринный телескоп KM3NeT отправляется на космическую охоту. На морское дно на километр опускаются ряды датчиков, расположенных в виде обширной трехмерной сетки.
|
|
|
|
Его миссия? Улавливать призрачные субатомные частицы, называемые нейтрино, — посланцев, которые могут беспрепятственно путешествовать по Вселенной — даже сквозь планеты и звезды - и нести информацию о событиях далеко за пределами нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
Ранним утром 13 февраля 2023 года KM3NeT обнаружил нечто поразительное. Интенсивная вспышка чистой энергии сигнализировала о появлении нейтрино с самой высокой энергией из когда—либо наблюдавшихся - в 30 раз выше, чем при любой предыдущей регистрации. С тех пор ученые пытаются выяснить, откуда она взялась.
|
|
|
|
Зачем гоняться за нейтрино?
|
|
|
|
Нейтрино были впервые теоретически открыты в 1930-х годах и обнаружены десятилетия спустя. Они являются одними из самых распространенных частиц во Вселенной, но в то же время и самыми неуловимыми.
|
|
|
|
|
|
|
Каждую секунду миллиарды нейтрино проходят через наши тела, не оставляя следов. Они не имеют электрического заряда и почти не имеют массы — по крайней мере, в миллион раз легче электрона — и редко взаимодействуют с веществом, что делает их чрезвычайно трудными для обнаружения.
|
|
|
|
Именно это призрачное качество делает их столь привлекательными для физиков.
|
|
|
|
"Нейтрино - самые интересные частицы из существующих на данный момент", - сказал Пасхаль Койл из Французского национального центра научных исследований, который координирует проект под названием KM3NeT-INFRADEV2, поддерживающий развитие инфраструктуры KM3NeT. "Их окружает множество загадок. Они являются наименее изученными из фундаментальных частиц".
|
|
|
|
Поскольку нейтрино могут пересекать Вселенную, не поглощаясь, они несут первозданную информацию из самых экстремальных сред, известных науке: взрывающихся звезд, черных дыр и космических столкновений.
|
|
|
|
Изучение их может помочь понять, как устроена Вселенная и даже почему вообще существует материя.
|
|
|
|
"Нейтрино - это самое близкое к тому, что мы можем себе представить, но они являются ключом к полному пониманию устройства Вселенной", - сказал Койл.
|
|
Охотники за привидениями
|
|
|
|
Время от времени нейтрино сталкивается с атомным ядром, создавая поток вторичных частиц. В плотных, прозрачных материалах, таких как лед или вода, при столкновении возникает слабая голубая вспышка света, известная как черенковское излучение. Датчики KM3NeT предназначены для улавливания этого сигнала.
|
|
|
|
Этот подход используют и другие нейтринные обсерватории, такие как IceCube в Антарктиде и Super-Kamiokande в Японии. IceCube сканирует глубокие слои полярного льда, в то время как KM3NeT исследует темные воды Средиземного моря.
|
|
|
|
KM3NeT - одна из ведущих исследовательских инфраструктур Европы и один из самых амбициозных проектов в области физики в мире. Проект, поддерживаемый международным консорциумом при финансовой поддержке ЕС и государства, состоит из двух отдельных установок.
|
|
|
|
Компания ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss), базирующаяся у берегов Сицилии, предназначена для отслеживания высокоэнергетических нейтрино из глубокого космоса. Компания ORCA (Oscillation Research совместно с Cosmics in the Abyss), расположенная недалеко от Тулона во Франции, занимается изучением поведения и массы нейтрино.
|
|
|
|
Каждая матрица состоит из вертикальных линий стеклянных сфер размером с баскетбольный мяч, содержащих сверхчувствительные оптические датчики. Эти линии поднимаются со дна моря подобно подводным небоскребам, уходя в темноту на километр. Уже установлено более 1000 модулей, а к 2027 году планируется построить еще 6000.
|
|
|
|
"Мне показалась безумной идея построить детектор на дне моря, чтобы улавливать эти очень странные частицы", - сказал Аарт Хейбоер, старший физик Голландского национального института субатомной физики, который помогал проектировать телескоп. "Это поразило мое воображение".
|
|
|
|
Вся эта инженерия предназначена для одной-единственной цели: увидеть те редкие вспышки, когда нейтрино, наконец, проявляет себя.
|
|
|
|
Рекордный сигнал
|
|
|
|
Обнаруженное в 2023 году нейтрино, получившее название KM3-230213A, зарегистрировало энергетический заряд в 220 петаэлектронвольт (ПэВ) — необычайно большую величину для одной частицы и почти невообразимую в физике элементарных частиц. "Мы действительно не ожидали увидеть такое событие", - сказал Койл. "Нам пришлось переделать целую кучу симуляций".
|
|
|
|
Откуда это взялось? Это остается большой загадкой.
|
|
|
|
Нейтрино образуются из самых разных источников - от ядерных реакций, приводящих в действие Солнце, до взрывов звезд (сверхновых) и других космических событий с высокой энергией. Согласно одной из теорий, наиболее энергичные нейтрино происходят от блазаров — активных галактик, чьи сверхмассивные черные дыры выбрасывают потоки энергии прямо на Землю.
|
|
|
|
Другая возможность заключается в том, что космические лучи высокой энергии, распространяющиеся по Вселенной, сталкиваются с фотонами света и генерируют нейтрино. Если бы KM3-230213A был получен таким образом, это означало бы, что космогенные нейтрино встречаются чаще, чем ожидалось.
|
|
|
|
"Или нам просто повезло", - допускает Койл. "Возможно, KM3NeT случайно удалось обнаружить редкое нейтрино с очень высокой энергией".
|
|
|
|
Исследователи уточняют расчеты, чтобы проследить его точное происхождение. "В ближайшие месяцы мы сможем гораздо точнее определить направление этого излучения", - сказал Хейбоер. "Если оно исходит от блазара, это очень интересно. Если оно космогенного происхождения, это тоже интересно".
|
|
Изучение природы материи
|
|
|
|
В то время как ARCA ищет источник самых мощных частиц Вселенной, ORCA фокусируется на том, как нейтрино меняют свою идентичность, или колеблются, между тремя различными "ароматами" — электронами, мюонами и тау—частицами - по мере своего перемещения в космосе.
|
|
|
|
Эти колебания могут выявить упорядочение масс нейтрино, недостающий элемент в Стандартной физической модели, теории, описывающей основные частицы материи. Упорядочение масс относится к последовательности трех состояний нейтрино по массе - от самого легкого к самому тяжелому.
|
|
|
|
Почему это имеет значение? Потому что понимание нейтрино может объяснить, почему существует нечто, а не ничто.
|
|
|
|
После Большого взрыва 13,7 миллиардов лет назад материя и антивещество должны были уничтожить друг друга, оставив только пустое пространство. Однако материя выжила. Нейтрино могут оказаться ключом к разгадке, особенно если окажется, что они являются собственными античастицами — эту возможность ученые стремятся проверить.
|
|
|
|
"Все эксперименты, которые пытаются измерить разницу между нейтрино и антинейтрино, приводят к путанице, потому что они не знают, каков порядок масс", - объяснил Койл. "Это важный вклад в выяснение того, почему вещества больше, чем антивещества".
|
|
Преимущество Европы в глубоководных исследованиях
|
|
|
|
Создав KM3NeT, Европа обеспечила себе ведущую роль в этом глобальном научном проекте.
|
|
|
|
Эти инвестиции уже приносят свои плоды: с помощью телескопа KM3-230213A были обнаружены объекты, подобные KM3-230213A, и ожидается еще больше открытий по мере расширения его возможностей.
|
|
|
|
"Мы не знаем их массы, мы не знаем порядка их масс, мы не знаем, являются ли они собственными античастицами", - сказал Койл. "Таким образом, нейтрино находятся там, где они находятся в данный момент".
|
|
|
|
Поскольку предстоит установить еще тысячи датчиков, KM3NeT не только укрепляет роль Европы в фундаментальных исследованиях, но и улавливает некоторые из самых слабых сигналов в природе.
|
|
|
|
Каждая вспышка света глубоко под Средиземным морем может содержать в себе сообщение о рождении Вселенной или даже ключ к пониманию того, почему существует нечто, а не ничто.
|
|
|
|
Источник
|
