IceCube виявила тау-нейтрино з космосу: Важливий прорив у дослідженні нейтрино

Вчені з колаборації IceCube нарешті змогли виявити особливий тип нейтрино, що прилітає зі Всесвіту. Тау-нейтрино було відкрито лише у 2000 році, і його ніколи не бачили з астрофізичних джерел. Зараз дослідники повідомляють про виявлення семи можливих подій-кандидатів.

Існує три типи нейтрино: електронні нейтрино, мюонні нейтрино і тау-нейтрино. Як випливає з назви, вони пов’язані з іншими частинками, а саме з електроном, мюоном і тау. Але нейтрино не мають електричного заряду і дуже легкі. Коли ви читаєте цю статтю, щосекунди через вас проходить 100 трильйонів нейтрино. Ми їх не помічаємо, бо вони дуже рідко взаємодіють з матерією.

Для виявлення взаємодії нейтрино потрібні обсерваторії, які можуть бачити ці рідкісні події. Одна зі стратегій полягає в тому, щоб зробити їх великими і готовими помічати спалахи світла (хоча існують і більш незвичні пропозиції, зокрема, з використанням лісів). IceCube – одна з таких обсерваторій, детектори якої заглиблені в антарктичний лід у вигляді пасом, готових до фіксації можливих подій. Однак є й складнощі.

Мало того, що нейтрино – це маленькі підступні “частинки-привиди”, вони ще й коливаються між трьома своїми версіями. Так, нейтрино, які починалися як електронні нейтрино, можуть і будуть перетворюватися на мюонні і тау-нейтрино. Різні версії нейтрино називаються ароматами, які не мають жодного відношення до відчуття смаку.

У найпростішому поясненні – і це все ще не так просто – зміна смаку нейтрино пов’язана з тим, що нейтрино перебувають у квантово-механічній комбінації з різною масою. В одних випадках переважатимуть електронні нейтрино, в інших – всі вони мають однакові шанси, а в третіх – мюонні та тау-нейтрино мають більшу ймовірність.

Проте тау-нейтрино з інших джерел, окрім Сонця, були невловимими. Дослідники очікували, що події створять “подвійний каскад”, побачивши два сигнали від взаємодій. Високоенергетичне тау-нейтрино вдаряється об щось у льоду і створює тау-частинку – вона випускає світло. Потім тау-частинка розпадається на нове тау-нейтрино, знову випускаючи світло.

Цей подвійний сигнал спостерігався в семи випадках, і команда вважає, що ймовірність того, що інші ефекти навколишнього середовища імітують тау-взаємодію, становить менше одного на 3,5 мільйона.

“Виявлення в даних семи подій-кандидатів на тау-нейтрино в поєднанні з дуже низькою кількістю очікуваного фону дозволяє нам стверджувати, що дуже малоймовірно, що фон вступає в змову з метою створення семи самозванців тау-нейтрино”, – сказав у своїй заяві Даг Коуен, професор фізики в Університеті штату Пенсільванія і один з керівників дослідження. “Відкриття астрофізичних тау-нейтрино також є переконливим підтвердженням попереднього відкриття IceCube дифузного астрофізичного потоку нейтрино”.

Стаття, що описує результати, була прийнята до публікації в журналі Physical Review Letters, а її препринт-версію можна знайти на arXiv.