IceCube измерил северный поток космических нейтрино

Исследователи из нейтринной обсерватории IceCube провели независимый анализ 21 события обнаружения высокоэнергетических нейтрино и подтвердили космическую природу как минимум половины из них. В исследовании рассматривались лишь те частицы, которые попали в детектор из северного полушария, пройдя сквозь толщу Земли. Объединив новые результаты с ранними исследованиями, проведенными коллаборацией, ученым удалось получить самые точные на данный момент сведения о мощности потока космических нейтрино, проходящего через Землю. Результаты работы опубликованы (1,2) в журналах Physical Review Letters (препринт) и The Astrophysical Journal, кратко о них можно прочитать в пресс-релизе организации.

Авторы анализировали статистику 35 тысяч событий обнаружения преимущественно мюонных нейтрино, попавших в детектор из северного полушария. Эти данные были собраны с мая 2010 года по май 2012 года, в первые два года работы детектора. Среди них удалось обнаружить свидетельства о 21 событии с энергиями от 100 до 1 700 тераэлектронвольт — в миллионы раз превышающими энергию солнечных нейтрино. 

Ранее коллаборация сообщала об обнаружении 137 нейтрино, однако в той работе рассматривались преимущественно нейтринные события из южного полушария. Новое исследование дает оценку потока космических нейтрино из северного полушария совпадающую с потоком южного полушария. Согласно полученным данным, энергия потока, проходящего через квадратный сантиметр поверхности Земли из конуса пространства с телесным углом в один стерадиан составляет  9.9 (+3.9/−3.4)×10⁻¹⁹ гигаэлектронвольт в секунду.

Высокое значение энергии потока космических нейтрино говорит о том, что в космосе этих легких частиц очень много. Однако, до сих пор не было найдено ни одного строгого соответствия конкретного события нейтрино какому-либо известному событию в космосе (например, взрыву сверхновой). Недавно обнаруженное событие с энергией свыше пяти петаэлектронвольт позволило установить направление на его источник с точностью менее одного градуса дуги. Отметим, что «видеть» космические нейтрино ученые научились не так давно — в 2013 году.

IceCube — нейтринная обсерватория, функционирующая в Антарктиде на глубине около трех километров. Она располагается под станцией Амундсена-Скотта на южном полюсе. Детектор обсерватории представляет собой большой кусок льда, объемом свыше одного кубического километра, окруженный 5160 оптическими сенсорами, расположенными на более чем 80 гирляндах. Когда нейтрино попадает в атом кислорода молекулы воды, происходит генерация электрона, мюона или тау-частицы (в зависимости от типа частицы), движущейся со скоростью превышающей скорость света во льду. Это порождает Черенковское свечение, которое и регистрируется фотодетекторами.