Где-то в глубине антарктического льда, в сотнях метров под поверхностью, спрятана сеть антенн, которая слушает Вселенную. Не звезды и не планеты, а самые загадочные частицы космоса. Недавно эта сеть впервые уловила то, что предсказали теоретики более полувека назад.
В 1962 году советский физик Гурген Аскарян предположил: когда сверхэнергетическая частица врезается в плотную среду, например в лед, она порождает каскад вторичных частиц. Этот каскад выбивает электроны из окружающих атомов, создавая отрицательно заряженный фронт, который излучает радиоволны. Идею назвали «аскариановским излучением». Ее подтвердили в лабораториях и даже в воздухе, но поймать такой сигнал во льду никак не удавалось.
Слишком много помех. Полярные станции, радары самолетов, радиосвязь — все это создавало шум, в котором тонул слабый голос космоса.
Чтобы услышать его, ученые построили телескоп Askaryan Radio Array (ARA) недалеко от Южного полюса. Пять станций с антеннами, погруженными на 150–200 метров в лед. Чистая, прозрачная среда, где радиосигнал может пройти далеко без искажений.
В 2019 году, за 208 дней наблюдений, детектор зафиксировал 13 странных импульсов. Они шли из-под поверхности льда, но их природа оставалась загадкой. Чтобы разобраться, команда использовала новейшие инструменты моделирования, которые позволяют рассчитать, как именно должно выглядеть излучение Аскаряна во льду.
Сравнение показало: характеристики сигналов — направление, частота, форма волны — идеально совпадают с предсказаниями для космических лучей, ударяющих в лед. Вероятность того, что это просто шум, составила менее 1 к 3,5 млн. Статистическая значимость — 5,1 сигма. Это официальное открытие.
Что это значит? Космические лучи — это заряженные частицы, разогнанные до невероятных энергий. Они врезаются в верхние слои льда и порождают каскады. Но главная цель детектора — нейтрино, призрачные частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом. Они могут проходить сквозь Землю и лишь изредка сталкиваться внутри ледяного щита, создавая такие же радиовспышки.
Проблема в том, что сигналы от космических лучей и нейтрино выглядят почти одинаково. Различие — в геометрии. Космические лучи проникают неглубоко, а нейтрино могут ударить под крутым углом из глубины. Теперь, когда ученые научились уверенно распознавать сигналы от лучей, они смогут фильтровать шум и искать нейтрино.
Сейчас команда ARA обрабатывает данные со всех пяти станций за несколько лет. И уже есть намек на семь потенциальных нейтринных событий. Если они подтвердятся, человечество получит новый инструмент для изучения самых энергичных процессов во Вселенной — от взрывов сверхновых до черных дыр. И все это благодаря льду, радиоволнам и предсказанию, сделанному 60 лет назад.
Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Изображение: ARA Collaboration
