Рис. 1. Предполагаемая траектория полета астрофизического нейтрино, превратившегося в мюон, сквозь воды Средиземного моря и подводный грунт. Горизонтальные размеры сжаты в пятнадцать раз по сравнению с вертикальными. Рисунок из популярного синопсиса на сайте nature.com

Нейтрино в очередной раз преподнесли сенсацию. В журнале Nature вышла статья коллаборации KM3NeT с сообщением о регистрации нейтрино с беспрецедентно высокой энергией в сотни петаэлектронвольт, что в десятки раз превышает энергию предыдущего рекордсмена. Это нейтрино, несомненно, прилетело из глубокого космоса, но его источник и механизм рождения остаются загадкой. Более того, регистрация этого нейтрино на скромной установке KM3NeT вступает в противоречие отсутствием подобных событий в гораздо более прозорливом нейтринном телескопе IceCube.

Нейтрино-рекордсмен

13 февраля 2023 года Землю пронзило космическое нейтрино невиданной доселе энергии. Точнее, чиркнуло по касательной: двигаясь с запада на восток, частица вошла сначала в неглубокие воды Средиземного моря к югу от Сицилии, затем — в толщу подводного грунта и, летя почти горизонтально, снова вышла из грунта в глубинные воды центральной котловины Средиземного моря. Где-то на этом пути нейтрино испытало столкновение и превратилось в мюон сверхвысокой энергии, который, высадив свою энергию на нескольких километрах траектории, осветил средиземноморские глубины короткой, но яркой вспышкой света. Это редкое событие осталось бы незамеченным, если бы поблизости не оказался гигантский нейтринный телескоп KM3NeT — научная установка, которая как раз отслеживает сигналы от нейтрино сверхвысоких энергий. Мюон пролетел сквозь «заросли» из вертикальных цепочек светочувствительных элементов, которые, словно водоросли километровой длины, крепились на дне. Подводный фейерверк длился считанные микросекунды, но несколько тысяч датчиков уловили испущенные фотоны и передали всю информацию на берег, в пультовую KM3NeT.

Событию было присвоено кодовое обозначение KM3-230213A, и сразу стало ясно, что это сенсационный результат. Судя по засветке телескопа, энергия исходного нейтрино должна была составлять сотни ПэВ (петаэлектронвольт). Это беспрецедентное значение для нейтринной физики; энергии предыдущих нейтринных рекордсменов оценивались лишь в несколько ПэВ. Коллаборация KM3NeT свыше года анализировала данные, оценивала погрешности, проводила численное моделирование всевозможных процессов, тестировала различные гипотезы — и, наконец, летом прошлого года направила научную статью в престижный журнал Nature. 12 февраля статья была опубликована на сайте журнала, а результаты были представлены на широко освещенной пресс-конференции коллаборации.

Вселенная в нейтринных лучах

Давайте переведем дух и обсудим вначале, зачем вообще ловить космические нейтрино высокой энергии и какую информацию они могут нести.

Нейтрино — удивительные частицы. Их массы безумно малы — но не нулевые, и физики до сих пор ломают голову, как такое может получиться. Нейтрино бывают трех разных сортов и умеют менять свой сорт прямо на лету. За открытие этих спонтанных превращений — нейтринных осцилляций — была присуждена Нобелевская премия по физике за 2015 год. Кроме того, нейтрино не несут электрического заряда, а значит, не чувствуют электромагнитных полей. Они участвуют лишь в слабом взаимодействии, из-за чего вероятность их взаимодействия с веществом исключительно мала. Нейтрино умеренной энергии способно прошить насквозь не только Землю, но и Солнце, ни разу не наткнувшись ни на один атом. Для таких нейтрино мы — пустое место.

Все эти свойства делают нейтрино уникальным инструментом для изучения космических глубин. Дело в том, что жизнь Вселенной складывается не только из спокойного свечения звезд, но и из самых разнообразных взрывов, ударных волн, катастрофического поглощения материи черными дырами и прочих катаклизмов. Космические катастрофы способны разогнать элементарные частицы до безумных энергий, на порядки превышающих все достижения земной ускорительной физики, включая Большой адронный коллайдер. Некоторые из этих частиц нестабильны и порождают при распаде фотоны или нейтрино. В результате по всей Вселенной разлетаются частицы сверхвысокой энергии и самых разных сортов, которые несут в себе информацию о том, что же произошло в этом уголке космоса.

Некоторые из них долетают до Земли, и их удается зарегистрировать — однако информация часто оказывается «смазанной». Например, заряженные частицы отклоняются магнитными полями как внутри нашей Галактики, так и в межгалактическом пространстве. Мы ловим такие частицы детекторами космических лучей, но направление их прихода уже никак не помогает нам узнать, где они родились. Фотоны высокой энергии — гамма-лучи — свободны от этого недостатка; они летят по прямой и указывают направление на источник. Но гамма-лучи поглощаются газопылевыми облаками в Галактике или рассеиваются в своем межгалактическом путешествии — и в результате далекие источники мы просто не видим, гамма-лучи от них нас не достигают. А космические нейтрино свободны от обоих этих недостатков: они летят по прямой и практически ничем не блокируются. Поэтому, улавливая космические нейтрино, мы можем «рассматривать» Вселенную в совершенно новых лучах, через новый канал наблюдения, дополняющий потоки заряженных частиц и фотоны самых разных энергий. Одним словом, космические нейтрино — важнейший элемент астрофизических наблюдений.

Впрочем, у регистрации астрофизических нейтрино есть свои сложности. Главная проблема в том, что на Землю падает огромный поток нейтрино от Солнца, а также атмосферных нейтрино, рождающихся при столкновении космических лучей высокой энергии с молекулами высоко в земной атмосфере. Солнечные нейтрино — не помеха, их энергии не превышают десятка МэВ. А вот «атмосферные» нейтрино вполне могут быть высокоэнергетическими, с энергиями в диапазоне ГэВ и ТэВ. Даже если от какого-то далекого источника время от времени приходят нейтрино с энергиями порядка 1 ТэВ, этот слабый космический сигнал окажется полностью забит потоком нейтрино «земного» происхождения. Надежно избавиться от фона атмосферных нейтрино можно лишь на энергиях в сотни ТэВ, а еще лучше — ПэВ (1 ПэВ = 1000 ТэВ).

Все это было понято достаточно давно, и тогда же стало ясно, что для регистрации нейтрино таких огромных энергий требуются детекторы размером в километр. Причем располагаться они должны не на поверхности, а на километровых глубинах, чтобы заэкранировать детектор от посторонних частиц. К счастью, нет необходимости строить установку километрового масштаба; достаточно найти кубический километр прозрачной воды или льда и заполнить его оптическими модулями — датчиками света, способными улавливать отдельные фотоны. Подходящие условия можно найти на дне моря или глубокого озера — или же в толще антарктического ледникового щита. Такие установки стали называть нейтринными телескопами — ведь они должны не просто ловить нейтрино, а с помощью них рассматривать глубокий космос. Пионерские эксперименты в этом направлении начались еще в конце 1970-х годов, а первые действующие установки очень скромных размеров появились в 1990-х; подробнее про раннюю историю этих исследований можно прочитать в большом популярном материале 2021 года. Астрофизических нейтрино эти установки не поймали, но была отлажена сама технология регистрации нейтрино в глубинах морей и озер и в антарктическом льду. Стало окончательно понятно, что достаточно лишь увеличить объем чувствительной области детектора примерно до кубического километра — и открытия посыпятся.

Уже в XXI веке началась работа по развертыванию сразу трех нейтринных телескопов с прицелом на километровый масштаб. Это проект IceCube на Южном полюсе и детектор Baikal-GVD на дне озера Байкал, а чуть позже в гонку вступила установка KM3NeT в Средиземном море. Нетрудно представить себе сложность работ по созданию научных инструментов такого масштаба, в особенности с учетом того, что чувствительные элементы должны устанавливаться на многокилометровой глубине, а в случае IceCube — еще и вмораживаться в лед. Развертывание этих установок растянулось на десяток — или десятки — лет, но, к счастью, оно может вестись поэтапно. Каждый год специалисты добавляют одну или несколько «гирлянд» — цепочек с оптическими модулями, нанизанными каждые несколько десятков метров. Нейтринный телескоп начинает работать уже с несколькими гирляндами и уверенно «видит» атмосферные нейтрино. Но поскольку он ловит свет, испущенный пролетающими мимо электронами или мюонами лишь в небольшом объемем воды или льда, вероятность поимки нейтрино сверхвысокой энергии невелика. По мере добавления новых гирлянд увеличивается чувствительный объем телескопа, вероятность растет — и рано или поздно детектору посчастливится поймать нейтрино с энергией порядка ПэВ или выше.

Первым этого добилась коллаборация IceCube, которая в 2013 году объявила о регистрации двух нейтрино с энергиями в несколько ПэВ. Даже если у кого-то поначалу оставались сомнения в интерпретации первых двух событий, опубликованный спустя год полный статистический анализ надежно доказал, что IceCube уверенно «видит» астрофизические нейтрино, прилетающие из глубокого космоса, возможно — из далеких галактик (см. IceCube окончательно доказал реальность астрофизических нейтрино, «Элементы», 27.05.2014). Нейтринные телескопы стали полноправным инструментом изучения Вселенной (см. Нейтринная астрофизика делает первые шаги, «Элементы», 20.11.2015), и на первый план вышел вопрос: откуда именно, от каких источников прилетают к нам нейтрино с такими энергиями. В последующие годы наблюдения и теоретические расчеты все более надежно указывали на то, что такие нейтрино — или, по крайней мере, значительная их часть — рождается в блазарах, исключительно активных ядрах далеких галактик (см. статью Где рождаются нейтрино? и новость Анализ данных обсерватории IceCube связал часть астрофизических нейтрино с блазарами, «Элементы», 23.08.2022).

Нейтринный телескоп KM3NeT

Вернемся к «виновнику торжества», нейтринному телескопу KM3NeT. Первые попытки ловить нейтрино в глубине Средиземного моря предпринимались еще в 1990-х годах. Они положили начало полноценному проекту нейтринного телескопа ANTARES, который располагался вблизи берегов Франции и проработал с 2008 по 2022 годы. Из-за своего скромного объема ANTARES не смог достоверно обнаружить астрофизические нейтрино, однако его успешная работа позволила физикам и инженерам накопить огромный опыт охоты за нейтрино в открытом море.

Рис. 2. Специалисты готовят к спуску на трехкилометровую глубину очередную гирлянду оптических модулей для строящегося у берегов Сицилии нейтринного телескопа KM3NeT. Фото из популярного синопсиса на сайте nature.com

В результате несколько лет назад у берегов Сицилии начал планомерно строиться нейтринный телескоп нового поколения KM3NeT — а точнее, подпроект KM3NeT/ARCA, как раз нацеленный на регистрацию астрофизических нейтрино. Ожидается, что на морском дне, на глубине 3450 метров, будут закреплены 230 гирлянд — вертикальных тросов, несущих по 18 оптических модулей через каждые 36 метров. Оптические модули — это широко раскрытые глаза нейтринного телескопа, готовые улавливать отдельные фотоны, появляющиеся в средиземноморских глубинах. Причем глаза эти — фасеточные; в отличие от IceCube и Baikal-GVD, в KM3NeT каждый оптический модуль диаметром 44 см несет на себе 31 трехдюймовый фотоумножитель и, таким образом, смотрит сразу во все стороны. Сами тросы размещены на дне в виде широкой решетки; среднее расстояние между соседними тросами — почти 100 метров. В результате завершенный детектор будет «просматривать» подводный объем около одного кубического километра.

Стоит подчеркнуть, что в момент прилета рекордного по энергии нейтрино в KM3NeT была установлена всего 21 гирлянда из 230. Физикам очень повезло, что мюон, порожденный этим нейтрино, угодил прямехонько в уже построенный участок детектора и засветил более трети всех фотоумножителей. Развертывание телескопа продолжается и по сей день, причем довольно неторопливо: по состоянию на середину 2024 года было установлено 28 гирлянд, так что работы еще далеки от завершения.

Трудности развертывания и работы нейтринного телескопа в Средиземном море многообразны. Во-первых, сам спуск троса с оптическими модулями с исследовательского судна на многокилометровую глубину, причем в неспокойном открытом море в сотне километров от берега — занятие непростое и недешевое. Для сравнения, обслуживание Байкальского нейтринного телескопа Baikal-GVD обходится не в пример дешевле: там все работы выполняются на толстом мартовском льду всего в трех километрах от берега, а вся техника приезжает по льду своим ходом.

Далее, в отличие от неподвижного льда в толще антарктического ледника и относительно спокойных глубин озера Байкал, в придонных водах Средиземного моря наблюдаются заметные течения. Каждая гирлянда километровой длины, конечно, крепится ко дну, а также удерживается плавучим буем в вертикальном положении, но течения все равно ее колышут, смещая оптические модули туда-сюда на добрый десяток метров. Экспериментаторам же критически важно знать расстояние между оптическими модулями. Ведь для того, чтобы определить энергию пролетающего мюона, надо оценить яркость испущенного им света. Но свет поглощается в воде на расстояниях в десятки метров, так что оптические модули улавливают лишь долю всей вспышки. Измерив, сколько света поймали оптические модули, мы пытаемся оценить, сколько света произвела частица. И если в этом расчете мы упустим из виду, что гирлянды колышутся, мы допустим серьезную ошибку в оценке энергии частицы. Более того, если вихревое придонное течение синхронно развернет все гирлянды на небольшой угол, мы неверно определим то направление на карте неба, с которого прилетело космическое нейтрино, и тем самым рискуем упустить потенциально важное открытие.

Чтобы держать расстояние между модулями под контролем, на морском дне рядом с детектором KM3NeT установлены ультразвуковые излучатели, а каждый оптический модуль оборудован пьезоэлектрическими микрофонами. Звук в этом случае куда более удобен, чем свет — ведь свет сильно поглощается на масштабах детектора, а звук распространяется почти без потерь. Так что каждые десять минут излучатели посылают короткий звуковой импульс, датчики регистрируют момент его прихода, благодаря чему расстояние между оптическими модулями постоянно контролируется с точностью до 15 см.

Для контроля глобальной ориентации детектора используется... Луна! И это вовсе не шутка. Дело в том, что Луна блокирует космические лучи, прилетающие из далекого космоса. Если мы регистрируем мюоны, родившиеся в земной атмосфере при попадании космических лучей (см. Мюоны и температура атмосферы), мы должны заметить, что со стороны Луны таких мюонов приходит чуть меньше среднего. Хоть детектор KM3NeT и расположен глубоко под водой, до него все же долетают особенно энергичные атмосферные мюоны, и поэтому он должен увидеть «мюонную тень» от Луны. В 2023 году коллаборация KM3NeT сообщила, что за почти год наблюдений лунная тень действительно обнаружилась. Сопоставление тени с реальным направлением на Луну позволило убедиться в корректной ориентации детектора с точностью около одного градуса.

Событие KM3-230213A: подробности

Событие KM3-230213A пришлось на сезон наблюдений ARCA21 (детектор KM3NeT/ARCA с 21 установленной гирляндой), прошедший с сентября 2022 года по сентябрь 2023 года. За это время детектор зарегистрировал свыше 100 миллионов вспышек. Если ограничиться только теми вспышками, которые засветили как минимум сто фотоумножителей и соответствовали четко восстановленной траектории мюона длиной не менее 250 метров, то таких событий накопилось свыше десяти тысяч. Подавляющее большинство из них было порождено атмосферными мюонами, падавшими сверху вертикально или под небольшим углом. Ловить редчайшие космические нейтрино среди них — безнадежное дело.

Была также зарегистрирована одна вспышка, вызванная нейтрино, прилетевшим снизу, из-под Земли. В том, что это было именно нейтрино, сомнений нет — никакие другие частицы не способны пройти Землю насквозь. Это событие засветило примерно 200 фотоумножителей, что должно соответствовать умеренно большой энергии нейтрино; других подробностей коллаборация пока не приводит, обещая предоставить их в будущей статье.

Рис. 3. Событие KM3-230213A: траектория пролета мюона (справа налево) сквозь детектор KM3NeT. Звездочки показывают количество света, уловленного сработавшими фотоумножителями. Цвет показывает запаздывание по времени момента прихода света в каждый фотоумножитель по сравнению с самым первым сигналом; фиолетовым показаны самые ранние срабатывания, желтым — самые поздние. Суммарная длительность события составляет 1800 наносекунд, или 1,8 микросекунды. Конус показывает фронт излучения Вавилова — Черенкова, распространяющегося от мюона, летящего быстрее, чем свет движется в воде. Эйфелева башня показана для сравнения масштабов. Здесь можно посмотреть анимацию срабатывания детекторов. Изображение из обсуждаемой статьи

Событие KM3-230213A стоит особняком. Прежде всего, это было самое мощное по засветке событие за весь годичный сеанс наблюдений. За две микросекунды, пока мюон летел сквозь детектор, выделилось так много света, что его уловили свыше трех с половиной тысяч фотоумножителей — треть всех датчиков, работавших в тот момент. Некоторые из сработавших фотоумножителей располагались на расстоянии аж 300 метров от траектории мюона — и это при том, что длина поглощения света в морской воде составляет всего 60 метров!

Когда мюон летит сквозь воду, он теряет энергию, которая в конечном счете преобразуется в свет и попадает в детекторы. Чем больше энергия мюона, тем сильнее энергопотери и тем больше выделится света. Измерив количество сработавших фотоумножителей и сравнив результаты с моделированием, физики смогли оценить энергию мюона — и она показала безумные 120 ПэВ с погрешностью в два раза в обе стороны (то есть от 60 до 230 ПэВ на уровне достоверности 68%, или от 35 до 380 ПэВ на уровне достоверности 90%). И это — только дочерний мюон! Если, опираясь на моделирование, оценить энергию исходного нейтрино, она получится в районе сотен ПэВ, а конкретно, в диапазоне от 110 до 790 ПэВ на уровне достоверности 68%.

Хочется добавить от себя, что летом прошлого года коллаборация KM3NeT уже сообщала на научных конференциях о том, что их детектор зарегистрировал рекордное по энергии нейтрино. Однако значение энергии исследователи тогда держали в тайне, ограничившись лишь констатацией факта, что она превышает 10 ПэВ — на тот момент это было рекордом от IceCube. Несколько дней назад, открывая страницу с долгожданным объявлением об открытии, я попытался предсказать, какое же значение предъявят физики из KM3NeT. Моя ставка была на 12 ПэВ, то есть чуть-чуть выше, чем у IceCube. Когда я увидел 120 ПэВ, у меня вырвалось громкое «ого!». А когда обратил внимание, что 120 ПэВ — это только у мюона, «ого!» прозвучало во второй раз. Да, нейтрино не устают удивлять.

Второй важный параметр события — это направление прихода мюона, а значит, и родительского нейтрино. Мюон огромной энергии летит со скоростью, практически равной скорости света в вакууме. Свет же летит сквозь воду медленнее, он отстает от мюона. В этих условиях «сверхсветовой» мюон испускает излучение Вавилова — Черенкова, которое конусом расходится от мюона и последовательно достигает все более удаленные фотоумножители. Каждый из них не просто регистрирует свет, но и записывает момент прихода вспышки с наносекундной точностью. В результате мы не только знаем общую засветку детектора, но и можем реконструировать, в какой последовательности и с какой задержкой по времени срабатывали фотоумножители (см. анимацию). Именно эта информация позволяет определить направление движения мюона с точностью около полутора градуса.

Так вот, выяснилось, что мюон пролетал сквозь детектор практически горизонтально. Этот результат моментально устраняет последние сомнения в происхождении мюона. Это не могли быть несколько атмосферных мюонов, одновременно широким ливнем упавшие сверху и засветившие треть детектора — ведь тогда развитие сигнала во времени шло бы сверху вниз, а не справа налево. Это также не мог быть один атмосферный мюон аномально большой энергии, родившийся на большом удалении от детектора и по касательной прошедший свыше сотни километров воды и грунта. Если бы такой мюон и родился в столкновении космических лучей, что само по себе исключительно маловероятно, он обязательно бы растратил всю свою энергию за несколько десятков километров своего путешествия сквозь грунт. Единственное работающее объяснение — это было нейтрино сверхвысокой энергии, вошедшее в грунт и пролетевшее добрую сотню километров как нейтрино и лишь на последних километрах пути превратившееся в мюон. Наконец, гипотезу о том, что это нейтрино не космическое, а родилось в атмосфере при попадании космических лучей, тоже приходится отбросить. Мы достаточно хорошо знаем потоки космических лучей и процессы рождения нейтрино и можем оценить, насколько часто — а точнее, насколько редко — такое может произойти. Авторы статьи приводят оценку для рождения нейтрино с энергией 100 ПэВ в земной атмосфере: примерно раз в десятки тысяч лет.

В свете приведенных оценок наиболее правдоподобной следует признать гипотезу, что перед нами — космическое нейтрино беспрецедентно высокой энергии. Нейтрино, побившее предыдущий рекорд в десятки раз.

Вопросы без ответа

Событие KM3-230213A сразу же поставило перед учеными как минимум две загадки. Первая касается происхождения нейтрино с такой энергией. Проследив траекторию мюона, мы можем определить, из какой точки на небе прилетело нейтрино. В статье приводятся координаты на небесной сфере; здесь же достаточно указать, что эта точка находится в неприметном созвездии Единорога, зажатом между Орионом и Большим Псом, примерно на полпути между звездами из пояса Ориона и Сириусом. Ничего выдающегося в нашей Галактике в том направлении, плюс-минус пара градусов, мы не знаем. Да и вообще трудно даже теоретически представить себе космический катаклизм звездных масштабов, способный разогнать частицы до энергий в тысячи ПэВ, чтобы из них потом родилось нейтрино такой энергии. Гипотезу о сверхразвитой внеземной цивилизации, которая таким образом посылает нам сигнал, оставим писателям-фантастам.

Значит, надо выйти за пределы Галактики в далекий космос. Авторы статьи выполнили поиски по каталогам различных внегалактических объектов и нашли несколько десятков галактик на удалении не более 100 мегапарсек, достаточно близких к направлению прихода нейтрино. Однако это вполне спокойные галактики, и никаких аномальных вспышек во временном окне ±6 месяцев от события KM3-230213A в них не было зарегистрировано.

Приходится в поисках подходящих объектов отодвинуться уже на космологические расстояния и прошерстить каталоги квазаров и, в особенности, блазаров — исключительно «буйных» ядер далеких галактик. Несколько объектов действительно нашлось, но из-за большого количества известных квазаров это вполне могло получиться и случайно. На данном этапе никакой достоверной связи рекордного нейтрино с известными источниками установить нельзя. Более того, если какой-то конкретный источник хотя бы раз «выстрелил» нейтрино с энергией в сотни ПэВ, то он, по всем раскладам, должен был бы куда чаще «стрелять» и частицами с энергией поменьше, хотя бы несколько ПэВ, на худой конец — сотни ТэВ. Коллаборация IceCube, работая свыше десяти лет с детектором существенно большего объема, наблюдает за такими нейтрино — и никакого потока, приходящего именно с этого направления, не видит.

Но может быть, этому нейтрино и не требуется источник?! Дело в том, что теоретики уже давно предсказывают, что космические лучи сверх-сверх-сверхвысоких энергий — а как иначе охарактеризовать протоны с энергиями в миллионы(!) ПэВ? — на своем пути в межгалактической среде будут сталкиваться с фотонами и порождать вторичные частицы, в том числе и нейтрино. Поскольку это событие происходит где-то на пустых просторах Вселенной, рожденное нейтрино совершенно не обязано указывать на какой-либо источник. Такие нейтрино называют «космогенными», чтобы отличать их от просто «астрофизических», рожденных в местах космических катаклизмов. Теоретики пытались оценить потоки космогенных нейтрино, но оценки разных групп разнятся в сотни раз. Это как раз та ситуация в астрофизике, когда без наблюдательных данных ничего толком предсказать не удается, но зато первое же достоверное наблюдение такой частицы станет прорывом.

Рис. 4. Распределение взвешенного потока космических нейтрино по их энергии. Красные и сиреневые крестики при энергии ниже 10 ПэВ (10⁷ ГэВ) — результаты IceCube. Линии со стрелками вниз — их же ограничения сверху. Пунктирные линии — ограничения сверху на поток, полученный из различных наблюдений. Широкие полосы показывают теоретические оценки на поток астрофизических (бежевая полоса) и космогенных (серая полоса) нейтрино, полученные при разных предположениях. Синий крест — оценка потока, полученная на основании одного события KM3-230213A. Изображение из обсуждаемой статьи

Это рассуждение подводит нас ко второй загадке. Если у таких экстремальных нейтрино нет выделенного источника, значит, их должны наблюдать и другие нейтринные телескопы, прежде всего IceCube. Более того, IceCube должен был бы видеть такие события чаще, ведь его суммарная экспозиция намного выше. Увы, ничего близкого телескоп IceCube не обнаружил. Наконец, Обсерватория Пьера Оже (Pierre Auger Observatory), исполинская установка по регистрации космических лучей, тоже в принципе способна отслеживать нейтрино огромных энергий иными методами. Пару лет назад эта коллаборация отчиталась о поисках нейтрино с энергиями в десятки ПэВ и выше: ничего не было найдено, установлены ограничения сверху на поток таких частиц (рис. 4).

И тут оказывается, что одно-единственное событие, пойманное скромным пока телескопом KM3NeT, вступает в противоречие с титанами этой области исследования, IceCube и Auger. Если взять за основу их ограничение и оценить, как часто KM3NeT в его тогдашней конфигурации должен был бы ловить подобные нейтрино, то получится не чаще, чем раз в 70 лет. А KM3-230213A поймал его менее чем за год!

Как понимать это разногласие — неизвестно. Может быть, там, в созвездии Единорога, действительно что-то прячется, а телескоп IceCube просто не слишком чувствителен к нейтрино, прилетающим с этого направления. По крайней мере, авторы статьи Clash of the Titans: ultra-high energy KM3NeT event versus IceCube data, вышедшей по горячим следам, склоняются к мысли, что это может быть первым случаем регистрации нейтрино от астрофизических объектов нового типа. Возможно также, что никакого конкретного источника нет, что это всего лишь статистическая флуктуация, и коллективу KM3NeT просто несказанно повезло поймать такое нейтрино раньше IceCube. Не исключено, что причина кроется в чем-то совсем другом.

Так или иначе, перед нашими глазами закручивается сюжет очередной главы нейтринного детектива, и нам остается только запастись терпением.

Источник: The KM3NeT Collaboration. Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT // Nature. 2025. DOI: 10.1038/s41586-024-08543-1.

См. также:
1) Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT — страница на сайте коллаборации KM3NeT, посвященная событию KM3-230213A; на ней можно найти инфографику, дополнительную информацию и ссылки на сопровождающие статьи.
2) Рэй Джаявардхана, Охотники за нейтрино.
3) Марк Боуэн, Телескоп во льдах.
4) И. Иванов, Д. Наумов, Никто: ... Абсолютно никто: ... «Медуза»: Вообще-то главное в 2021-м — это нейтрино! — популярное описание состояния дел в нейтринной физике по состоянию на 2021 год.

Игорь Иванов