Почему ученые называют нейтрино «окном» во Вселенную

Современная астрофизика получает данные о космических объектах по многим каналам. И это не только различные диапазоны электромагнитного излучения — оптический, радио, рентгеновский, гамма — но и прилетающие к нам из космоса частицы, и гравитационные волны. Открытие каждого нового такого «окна» во Вселенную — это большой научный прорыв, и недаром многие из них были удостоены Нобелевских премий. Предыдущий такой пример — премия 2017 года за открытие гравитационных волн. И вот теперь пришла очередь высокоэнергетичной нейтринной астрономии.

Дело в том, что нейтрино — одна из самых трудноуловимых частиц. Ее масса ничтожно мала, она не имеет электрического заряда и поэтому не участвует в электромагнитных взаимодействиях. Поэтому они свободно проходят через практически любой детектор и даже через всю Землю насквозь. Однако по этой же причине нейтрино долетают до нас из самых дальних областей Вселенной и из таких областей космических источников, которые непрозрачны для света и иных волн. Это делает их носителями уникальной и очень ценной информации.

Нейтрино умеренных энергий — приходящие к нам от Солнца или от вспышек сверхновых звезд — астрофизики научились ловить уже давно (за это, в частности, была присуждена Нобелевская премия 2002 года). Однако для регистрации нейтрино высоких энергий потребовалось создание установок принципиально другого масштаба.

Детектор IceCube, создание которого было награждено премией этого года — это кубический километр льда глубоко под Южным полюсом Земли, пронизанный множеством датчиков. Эти датчики регистрируют свет, который излучают другие элементарные частицы — мюоны — рождающиеся при взаимодействии нейтрино со льдом. Только восстановив траекторию этих вторичных частиц внутри огромного детектора, можно определить направление прихода нейтрино и их энергию.

Данные обсерватории IceCube позволили ученым по всему миру сделать множество открытий. В частности, в нашей Лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ несколько лет назад было показано, что значимая доля высокоэнергетичных нейтрино рождается в очень быстрых струях плазмы, выбрасываемых из активных ядер галактик. Этот результат сильно изменил наше понимание состава таких струй и процессов в них.

Нужно также сказать, что IceCube — первая, но уже не единственная установка своего класса. В России на Байкале создан и функционирует детектор Baikal-GVD, обеспечивающий еще большую точность благодаря расположению в воде вместо льда. Так что самое интересное в нейтринной астрономии, безусловно, впереди!

Увидеть Вселенную обнаженной: физик Максим Вялков о нейтрино и детекторах будущего

Люди-драконы и обратная сторона черной дыры: главные научные события года

«Нобелевку» по физике в 2025 году дали за демонстрацию квантовых эффектов в большом масштабе

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX