Детекторы IceCube зафиксировали образование новых частиц из антинейтрино

© IceCube CollaborationВизуализация резонанса Глэшоу, записанного детекторами IceCube. Каждый цветной кружок показывает датчик, сработавший в результате события

Детекторы IceCube зафиксировали образование новых частиц из антинейтрино

Визуализация резонанса Глэшоу, записанного детекторами IceCube. Каждый цветной кружок показывает датчик, сработавший в результате события

Физики сообщили о том, что детекторы нейтринной обсерватории IceCube впервые зафиксировали образование W-бозона при взаимодействии высокоэнергетических антинейтрино с электронами. Это явление, известное как резонанс Глэшоу, было теоретически предсказано более 60 лет назад. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Первые астрофизические нейтрино высоких энергий ученые зарегистрировали на подледной нейтринной обсерватории IceCube, расположенной вблизи Южного полюса, в 2013 году.

В 2016-м детекторы IceCube обнаружили высокоэнергетическую частицу, называемую электронным антинейтрино, которая прилетела на Землю из космоса со скоростью, близкой к скорости света, с энергией 6,3 петаэлектронвольта (ПэВ). Глубоко внутри ледяного покрова Антарктиды она столкнулась с электроном, и это столкновение породило поток вторичных частиц — W-бозонов, которые удалось зафиксировать детекторным нитям IceCube, погруженным в лед.

Возможность подобного взаимодействия антинейтрино высоких энергий с электронами была теоретически предсказана в 1960 году американским физиком, лауреатом Нобелевской премии Шелдоном Глэшоу. Частицу, которая должна возникнуть при этом вазимодействии, W-бозон, физики ЦЕРН открыли в 1983 году, но оказалось, что она гораздо тяжелее, чем предсказывал Глэшоу, а для ее образования из антинейтрино требуется энергия не меньше 6,3 ПэВ — это почти в 1000 раз больше, чем способен производить Большой адронный коллайдер в ЦЕРН. Фактически, ни один искусственный ускоритель элементарных частиц на Земле, текущий или планируемый, не может создать нейтрино с такой большой энергией.

А IceCube с начала полной эксплуатации в мае 2011 обнаружила уже сотни высокоэнергетических астрофизических нейтрино, и дала ряд других значимых результатов в астрофизике элементарных частиц, включая открытие потока астрофизических нейтрино в 2013 году и первую идентификацию источника астрофизические нейтрино в 2018 году. Но подтверждение резонанса Глэшоу особенно примечательно из-за его чрезвычайно высокой энергии. Это только третье событие с энергией более 5 ПэВ, обнаруженное IceCube.

«Глешоу не мог себе даже представить, что его нетрадиционное предположение об образовании W-бозона будет подтверждено при столкновении антинейтрино из далекой галактики с антарктическим льдом», — приводятся в пресс-релизе Университета Висконсин-Мэдисон слова одного из руководителей исследования Фрэнсиса Хальцена (Francis Halzen), директора Института физики элементарных частиц в Висконсин-Мэдисоне, где расположена штаб-квартира обслуживания и эксплуатации IceCube.

По мнению авторов, полученный результат не только представил еще одно подтверждение Стандартной модели физики элементарных частиц, но и открыл новый этап в развитии нейтринной астрономии, когда физики с помощью приборных методов могут отделять нейтрино от антинейтрино.

«Этот результат доказывает осуществимость нейтринной астрономии и подчеркивает важную роль IceCube в будущей многомерной астрономической физике частиц, — говорит один из авторов статьи Кристиан Хаак (Christian Haack). — Теперь мы можем обнаруживать отдельные нейтринные события, которые однозначно имеют внеземное происхождение».

«Предыдущие измерения не были чувствительны к разнице между нейтрино и антинейтрино, поэтому этот результат является первым прямым измерением антинейтринной компоненты астрофизического потока нейтрино», — добавляет еще один участник коллаборации IceCube, аспирант Лу Лу (Lu Lu) из Университета Чиба в Японии.

Чтобы измерить количественное соотношение нейтрино и антинейтрино, ученые IceCube планируют зарегистрировать как можно больше резонансов Глэшоу. Планируемое расширение детектора — IceCube-Gen2 — позволит ученым проводить такие измерения статистически значимым образом.

Источник: ria.ru

Добавить комментарий

*

8 − 5 =