Текст уведомления здесь

«Нейтринную революцию» попытались отменить

Поразительные наблюдения нейтрино от далеких галактик, полученные за последние пять лет, на самом деле могут быть просто атмосферным шумом. Или нет.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из Института физики Южного федерального университета совместно с коллегами из Италии подвергли ревизии все результаты, полученные наблюдениями на нейтринном детекторе IceCube за последние пять лет. В итоге они пришли к выводу, что, скорее всего, данные эти не являются тем, за что их принимали, а именно следами внеземных нейтрино. Если это так, то «нейтринная революция» в астрономии до некоторой степени поставлена под сомнение, а загадочные феномены, найденные IceCube, по мысли авторов, могут быть просто шумом. С высокой долей вероятности, выводы ученых будут подвергнуты критике другими научными группами. C текстом соответствующей статьи можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Авторы новой работы отмечают, что нейтринный детектор IceCube с 2013 года регистрирует целый ряд частиц высоких энергий, которые обычно трактуют как нейтрино внеземного происхождения. Первое событие такого рода даже освещалось в прессе как «начало нейтринной революции в астрономии». Важность такого события трудно переоценить: нейтрино дают информацию об уникальных событиях — благо, частицы эти плохо поглощаются космической средой и поэтому позволяют «видеть» астрофизические события, обычно скрытые от нас газом или пылью.

IceCube состоит из кубического километра льда в Антарктиде, причем в массе этого льда расставлены фотоумножители. Те регистрируют вспышки черенковского излучения, возникающие, когда какие-то частицы проходят через планету Земля, входя в нее в районе Северного полюса и выходя на Южном полюсе. Поскольку из известных частиц только нейтрино считаются способными пройти Землю насквозь, все частицы, пришедшие к IceCube снизу, а не сверху (с Северного полюса, то есть через всю планету), считаются нейтрино.

Однако, отмечают исследователи, почти все зарегистрированные на сегодня IceCube нейтрино высоких энергий не удается связать с ожидаемыми астрономами источниками гамма-, рентгеновского или радиоизлучения. Также в них не видно «выделенных направлений», с которых нейтрино приходило бы больше, чем с других. И это очень странно, ведь материя, способная быть источником нейтрино, распределена во Вселенной неравномерно. Например, в нашей Галактике обычная материя расположена в основном в плоскости галактического диска, но, по наблюдениям IceCube, никакого избытка нейтрино оттуда нет.

Кроме этого, не удается детектору зарегистрировать и «двойные вспышки» черенковского излучения в связи с рождением и распадом тау-нейтрино, с энергией соответствующих частиц выше 200 тераэлектронвольт. Между тем именно тау-нейтрино и продукты их распада (точнее, продукты распада частиц, распавшихся в ходе процессов, которые породили тау-нейтрино; это могут быть и адроны, и позитроны, и гамма-фотоны) — наиболее «достоверные» частицы нейтринной астрономии, благо вероятность их внеземного происхождения близка к единице (их рождение требует процессов особо высоких энергий).

Чтобы объяснить то, что наблюдения нейтрино высоких энергий «не сходятся» с тем, что исследователи ожидали, они выдвигают предположения, что даже нейтрино с энергиями в 200 тераэлектронвольт и выше могут быть не астрофизическими, а атмосферными нейтрино.

Такие частицы постоянно возникают в верхних слоях атмосферы нашей планеты, когда космические лучи образуют пионы. Космическими лучами называют частицы высоких энергий, прибывающие из космоса. Часть из них сталкивается с ядрами атомов газов в верхних слоях атмосферы и при этом образует «ливни» частиц — пионов, которые часто распадаются на мюонные нейтрино и антимюоны (как вариант — на мюонные антинейтрино и мюоны). Авторы полагают, что регистрировавшиеся до сих пор «астрофизические» нейтрино — суть именно что атмосферные, не имеющие никакой связи с нейтринной астрономией как таковой. В связи с этим они призывают к крайней осторожности в интерпретации наблюдений IceCube в целом. Основная часть, если не вообще вся полученная с его помощью информация, по их мнению, суть лишь «шум», возникший из-за взаимодействия космических лучей с земной атмосферой.

Правда, исследователи опускают ряд моментов, которые затрудняют принятие их интерпретации наблюдений IceCube. Во-первых, 22 сентября 2017 года там было обнаружено нейтрино с энергией в 290 тераэлектронвольт, причем направление, с которого частица пришла, совпадает с блазаром (галактика с активно излучающим ядром) TXS 0506+056, свет от которого шел до Земли четыре миллиарда лет. Атмосферный шум, по направлению совпадающий с объектом, который должен давать немало нейтрино, — очень странное совпадение.

Кроме того, вспышка светимости блазара в иных диапазонах по времени совпала с приходом нейтрино из той же части неба. Такое совпадение легко объяснить, если предположить, что-то нейтрино — астрофизическое, результат процессов у далекого блазара. Но его очень трудно объяснить, если предполагать, как это делают авторы работы, что перед нами лишь случайное наложение усиления активности базара в миллиардах световых лет и «нейтринного шума» земного происхождения.

Во-вторых, если авторы новой работы правы, то получаются сразу две нетривиальные вещи. С одной стороны, по ним, космические лучи создают в атмосфере Земли нейтрино энергий выше 200 тераэлектронволт. Между тем, по расчетам, это должно происходить довольно редко, типовая энергия атмосферных нейтрино должна быть ниже. С другой стороны, выходит, что истинные астрофизические нейтрино крайне редкое явление. Ведь будь они частыми, IceCube уже давно зарегистрировал бы множество их, а по логике авторов новой работы он, напротив, этого не сделал. То есть с одной стороны в атмосфере Земли, где этого никто не ожидал в силу малых энергий идущих здесь процессов, легко образуется масса нейтрино относительно высоких энергий, а с другой — у далеких блазаров, активных ядер галактик нейтрино высоких энергий образуется почему-то очень мало. И это при том, что все астрофизики утверждают, что там их должно быть много.

Совместить активное рождение нейтрино в атмосфере Земли и слабое — у далеких блазаров очень и очень сложно. Бесполезно ссылаться на то, что астрофизические источники нейтрино далеко, часто в миллиардах световых лет от Земли. Нейтрино — это как раз та частица, которая крайне слабо поглощается не только межзвездной и межгалактической средой, но даже и плотными телами типа Земли. Поэтому если они во множестве образуются на нашей планете, то их должно быть немало и в астрофизических источниках, где условия для их рождения благоприятнее. Нейтринный «шум» из нашей атмосферы, соответственно, не должен полностью глушить нейтринные сигналы из окрестностей черных дыр и других экзотических мест, а в рамках новой работы почему-то получается именно так. Все это дает основания ожидать достаточно жесткой критики новой работы со стороны других научных групп.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы