Подводный нейтринный детектор «подслушал» переговоры кашалотов

Международная коллаборация ANTARES, специализирующаяся на исследовании высокоэнергетичных нейтрино, рассказала о поведении кашалотов вблизи подводного детектора. Благодаря работе акустических датчиков ученые показали, что кашалоты находятся в Лигурийском море (часть Средиземного моря) круглый год. Кроме того, физики предполагают, что наличие акустических шумов от судоходства не влияет на питание животных. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Нейтрино — чрезвычайно легкие частицы, в огромных количествах генерируемые в распадах атомов и ядерных реакциях. Нейтрино с небольшими энергиями практически не взаимодействуют с материей и могут легко пролетать сквозь Землю: количество только солнечных частиц, пролетающих через квадратный сантиметр поверхности за одну секунду, исчисляется десятками миллиардов. Это осложняет изучение этих элементарных частиц. 

Для поиска и оценки масс нейтрино используются масштабные нейтринные обсерватории — их размеры связаны с малой вероятностью взаимодействия частицы с веществом. Например, крупнейшая нейтринная обсерватория в южном полушарии — IceCube — представляет собой область льда объемом примерно в кубический километр, окруженную фотодетекторами. При взаимодействии высокоэнергетичного нейтрино с молекулой воды рождается большое количество быстрых частиц, порождающих черенковское свечение. Оно и указывает на направление, с которого прилетела частица, и ее энергию. Подробнее о массе нейтрино и свойствах этой частицы можно прочитать в нашем материале «Н значит нейтрино».

Детектор ANTARES, крупнейший в северном полушарии, работает на аналогичном принципе. Он представляет собой 12 гирлянд фотодетекторов, расположенных в Средиземном море на глубине 2,5 километра — неподалеку от побережья Франции и Италии. Физики также установили на детектор дополнительные акустические датчики — AMADEUS. Их цель состоит в том, чтобы зафиксировать волны давления, порождаемые столкновением нейтрино сверхвысоких энергий (более эксаэлектронвольта) с молекулами воды. Считается, что они могут простираться на два порядка дальше, чем черенковское излучение. Вместе с группой других датчиков, оценивающих концентрацию кислорода, соленость и другие параметры, ANTARES оказался хорошей платформой для других исследований помимо поиска нейтрино. Важным фактором стало то, что детектор подключен по кабелю к наземной станции и передает все данные в «прямом эфире», без перерывов.

В новой работе ученые воспользовались тем, что общение между кашалотами (серии щелчков) происходит в диапазоне, доступном для акустических детекторов — от 10 герц до 30 килогерц. Детекторы способны различить «переговоры» животных в радиусе 15 километров. Обработав данные двух лет наблюдений, исследователи показали, что основная активность животных в основном приходилась на дневные часы. В ночное время доминирующим источников шумов было судоходство, в частности — регулярно курсирующий паром. Однако, как отмечают авторы, активность кашалотов скорее всего никак не зависит от судоходства. Тот факт, что животные обитают в этой части Средиземного моря круглый год, ученые связывают с большой популяцией головоногих, основной пищи кашалотов. По словам авторов, данные ANTARES — первое надежное подтверждение круглогодичному присутствию кашалотов в Лигурийском море.

Ранее использовать нейтринный детектор «не по назначению» удалось физикам из Массачусетского технологического института. Ученые использовали данные эксперимента MINOS, чтобы обнаружить нарушения неравенств Леггетта-Гарга — они указывают на нарушение реализма в мире. Реализуемость эксперимента Шредингера с котом, находящимся одновременно в «живом» и «мертвом» состоянии, возможна лишь при нарушении этих неравенств. Подробнее об этом эксперименте можно прочитать здесь.

Владимир Королёв