Находящаяся в глубине антарктических льдов, нейтрино-обсерватория IceCube зарегистрировала некоторое количество призрачных, неуловимых и практически невесомых частиц нейтрино, прибывших из глубин Вселенной из источников, находящихся далеко за пределами Млечного Пути. Обнаружение этих космических нейтрино не только подтверждает факт их существования, измерение их параметров позволяет пролить немного света на некоторые загадки происхождения космического излучения.

Обсерватория IceCube Neutrino Observatory представляет собой 86 шахт, пробуренных на глубину почти 2.5 километров в толщу льда в районе Южного Полюса. В эти шахты опущены «гирлянды» высокочувствительных фотодатчиков, которые регистрируют свет, возникающий при столкновении высокоэнергетических нейтрино с молекулами воды, из которых состоит окружающий датчики лед.

Частицы нейтрино обладают очень малой массой и не имеют электрического заряда. Это позволяет частицам проходить беспрепятственно через любую материю, к примеру, блок свинца, толщиной в один световой год, не служит серьезным препятствием для движения частиц. Источниками нейтрино являются самые высокоэнергетические события во Вселенной, взрывы сверхновых, черные дыры и процессы, происходящие в плотных ядрах больших галактик.

Несмотря на неуловимую природу нейтрино, эти частицы все же изредка сталкиваются с ядрами атомов материи, которую они пронзают на пути своего движения. Когда такое событие происходит, рождается частица, называемая мюоном.

Эта частица перемещается быстрее скорости света в воде или льде, производя конусообразные световые волны, известные под названием излучения Черенкова. Движение этих волн показывает ученым траекторию движения изначальной частицы нейтрино, а некоторые из параметров этого излучения позволяю определить характеристики нейтрино.

Рис. 1.

Обсерватория IceCube начав работу в 2010 году, сразу же обнаружила нейтрино, прибывшие извне нашей галактики. Но ученые, возглавляемые учеными из университета Висконсина-Мадисона, должны были удостовериться, что эти нейтрино не были рождены в пределах галактики или еще ближе, в недрах Солнца. Производя сравнение параметров нейтрино, имеющих одинаковый уровень энергии, ученые определили, что траектории их движения не зависели ни от вращения Земли, ни от траектории движения Солнечной системы в целом.

Кроме этого,

ученым требовалось отфильтровать те мюоны, которые были рождены в результате столкновения космических лучей с верхними слоями атмосферы Земли. Для этого они использовали саму Землю, которая поглощает большинство таких мюонов. Регистрируя только те мюоны, которые прибыли со стороны Северного Полюса, ученые выделили только те, которые были рождены столкновениями нейтрино с материей.

Почти за два года, начиная с мая 2010 и заканчивая маем 2012 , обсерватория IceCube зарегистрировала в общей сложности 35 тысяч нейтрино. Из этого количества лишь 20 частиц обладали столь высокой энергией, которая указывала на то, что они были рождены далеко за пределами нашей галактики.

Все эти 20 нейтрино, называемые мюонными нейтрино, прибыли практически с одного направления, а темп появления этих частиц почти полностью совпадает с данными, полученными при помощи других нейтрино-обсерваторий. Темп появления этих частиц не зависел от суточного и годового цикла, что позволило ученым выдвинуть предположение о космическом происхождении этих частиц.

«По крайней мере, часть зарегистрированного нами потока нейтрино точно имеет внегалактическое происхождение» – рассказывает Альбрехт Карле (Albrecht Karle), профессор физики, – «И статистика собранных нами данных позволяет классифицировать все это как достоверное научное открытие».