IceCube окончательно доказал реальность астрофизических нейтрино

Физики давно знали, что разнообразные высокоэнергетические процессы, происходящие в глубоком космосе, должны сопровождаться испусканием нейтрино больших энергий. Долгое время такие нейтрино астрофизического происхождения зарегистрировать не удавалось, пока в прошлом году огромный нейтринный детектор IceCube не дал первые намеки на их обнаружение. Новая статья этой коллаборации, вышедшая на днях в архиве е-принтов, переводит эти намеки в ранг свершившегося открытия. Астрофизические нейтрино сверхвысокой энергии надежно обнаружены, их статистика неуклонно растет и уже позволяет начать изучение астрофизических процессов с новой, недоступной ранее, стороны.
Среди всех элементарных частиц нейтрино стоят особняком. Несмотря на более чем полувековую историю их изучения, они до сих пор преподносят сюрпризы. Но кроме головной боли для теоретиков и экспериментаторов, нейтрино предоставляют физикам и новую уникальную возможность — наблюдать за астрофизическими процессами так, как это не удается сделать никакими иными способами. В отличие от протонов, электронов и других частиц, нейтрино не отклоняются магнитными и электрическими полями. Поэтому, определив направление прилёта космического нейтрино, можно сразу же получить точное направление на источник. Более того, в отличие от света и других форм электромагнитного излучения, нейтрино ничем не поглощаются на своем пути, а значит, позволяют "увидеть" источник, скрытый от оптического наблюдения за толстой газопылевой завесой. В общем, наблюдение космоса в "нейтринных лучах" — заветная мечта современной астрофизики.
Но с астрофизическими нейтрино была одна проблема — их долго не получалось зарегистрировать. Именно это удалось сделать огромному нейтринному детектору IceCube, размещенному на Южном полюсе. Первые указания на то, что в данных IceCube действительно есть нейтрино астрофизического происхождения, появились в 2013 году, и тогда это стало одним из главных событий года в физике. Сейчас, после обработки результатов трех лет работы детектора, эти намеки превратились в окончательно установленный факт: нейтрино космического происхождения существуют и надежно регистрируются.
Рис. 1 - Нейтринная обсерватория IceCube в Антарктиде.
Рис. 2 - Два типа нейтрино высоких энергий, попадающие в подземный (или подледный) детектор. Астрофизические нейтрино (слева) прилетают прямо из глубокого космоса и, столкнувшись с атомом вещества, порождают внутри детектора вспышку света. Атмосферные нейтрино (справа) образуются в верхней атмосфере после столкновения протона высокой энергии и образования вторичных частиц, одна из которых и распадается с испусканием нейтрино. Таких нейтрино очень много, но они не подходят для задач нейтринной астрофизики.