Мировая сенсация: трое российских астрофизиков расшифровали и проанализировали данные, полученные телескопом американской антарктической обсерватории IceCube. Впервые ученым удалось установить, что значительная часть космических вестников — элементарных частиц нейтрино — порождена нашей галактикой Млечный Путь. Отметим, что двое из тройки отечественных ученых уже выступали в «Поиске»: член-корреспондент Юрий КОВАЛЕВ (ФИАН им. П.Н.Лебедева) и член корреспондент Сергей Троицкий (ИЯИ РАН). Этого, похоже, не избежать и только что остепенившемуся кандидату физико-математических наук, лауреату премии правительства Москвы 2021 года Александру Плавину (ФИАН). Юрия Ковалева удалось перехватить в Германии:
— Юрий Юрьевич, вопросов несколько. Выходит, что теперь к нейтрино мы должны относиться с большей теплотой, как к родным? Но сначала хотелось бы понять, что собой представляют эти частицы, сложно ли их обнаружить и почему так важно изучать?
— Нам известны нейтрино разных энергий. Ультралегкие электрически нейтральные частицы родились в результате взаимодействия элементарных частиц (детали еще предстоит установить). Они прошивают безграничное космическое пространство, легко проникают сквозь звезды и планеты и по пути практически не взаимодействуют с материей. В этом их уникальность. Больше всего нейтрино прилетает к нам со стороны Солнца, они обладают энергией на уровне мегаэлектронвольт. Однако, как оказалось, Вселенная «производит» и нейтрино ультравысоких энергий — до петаэлектронвольт. Они могут нам много что рассказать о процессах, протекающих в ядрах далеких галактик, скрытых плотными облаками газа и пыли.
Нейтрино очень сложно обнаружить, но ученые все же придумали, как это сделать с помощью воды. С чрезвычайно малой, но все же не нулевой вероятностью залетные нейтрино взаимодействуют с молекулой воды, выбивая из нее заряженную частицу мюон. Он летит сквозь воду дальше и начинает светиться «черенковским светом», названным так по имени сотрудника ФИАН, нобелевского лауреата академика Павла Черенкова. Оптическое излучение мюонов улавливают фотоэлектронные умножители — детекторы, помещенные в воду или лед. Размещенные на огромной площади телескопов, они помогают поймать как можно больше мюонов, порожденных нейтрино. По фотографиям светящихся треков мюонов астрофизикам удается установить, из какой области неба к нам занесло нейтрино, когда это произошло и какова их энергия. Сегодня небесные частицы высоких энергий улавливают всего три обсерватории в мире. Американская IceCube находится глубоко в толще льда. Французский KM3NeT пока лишь разворачивается, но уже ловит нейтрино в Средиземном море на глубине 2400 метров. И наш подводный Байкальский телескоп. Он долго строился и совершенствовался, но не так давно начал выдавать первые научные результаты. (См. фото: четыре блока фотоэлектронных умножителей опускают в озеро.)
Телескоп IceCube, чьи данные мы использовали, находится на Южном полюсе Земли, в Антарктиде, и располагается на глубине нескольких километров. Его объем впечатляет — примерно кубический километр. Но даже при таких гигантских размерах ему очень трудно справляться с этими легкими космическими странниками. Из громадного их количества он улавливает лишь крайне малую часть, ее мы и изучаем. Остальные летят себе спокойно дальше.
— Но как определить, что отдельные нейтрино прилетели именно из нашей Галактики?
— Далеко не просто однозначно решить, где родились нейтрино. Чтобы упростить задачу, ищем ответ на вопрос: однородно ли нейтрино распределены по небу или по принципу, где густо, а где пусто? Если однородно, значит, образовались не в нашей Галактике, а далеко за ее пределами. Если же они наши, «родные», то летят только по определенным направлениям — из плоскости Галактики.
Есть еще одна важная особенность наблюдений за ними. Нейтрино и мюоны производятся не только в глубинах Вселенной, но и в атмосфере Земли. И перед нами стоит сложная проблема: отсеять земные частицы — «убрать шум», как говорят специалисты. Так Земля превращается в эффективный фильтр. В результате наиболее «чистые» данные нейтринные телескопы получают буквально у себя из-под ног, так как Земля поглощает атмосферные мюоны. Поэтому телескоп, находящийся в Южном полушарии, достоверную информацию черпает в основном из Северного и наоборот. В итоге, по данным наших исследований, оказалось, что примерно треть пойманных высоко-энергичных нейтрино «произведена» нашей Галактикой.
— Серьезное достижение. Чем оно важно?
— Нейтрино высоких энергий рождают протоны, разогнанные почти до скорости света. Это по силам лишь необыкновенно эффективным космическим ускорителям — суперколлайдерам Вселенной. Вот почему ученых так интересуют нейтрино: благодаря им мы определяем, где находятся эти космические ускорители, выясняем, что они собой представляют и как работают. Наша группа взаимодействует со всеми тремя нейтринными телескопами, и мы надеемся, что новые данные помогут детально разобраться в суперколлайдерах. Результаты исследования мы опубликовали в ведущем международном журнале Astrophysical Journal Letters.
Юрий ДРИЗЕ
Фото предоставлено Ю.Ковалевым
Нет комментариев