Впервые определен источник фотонов с энергией выше 100 тераэлектронвольт
При помощи установки Tibet air shower array ученые зафиксировали атмосферные ливни частиц, порожденные попаданием фотонов с энергией выше 100 тераэлектронвольт, прилетевших от Крабовидной туманности. Зарегистрированные события стали первым примером настолько высокоэнергетических квантов света от известного источника, а не в составе космических лучей, происхождение которых в большинстве случае до конца не установлено, пишут авторы в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review Letters, препринт доступен на сайте arXiv.org.
С атмосферой Земли постоянно сталкиваются прилетающие из космоса частицы. Это могут быть как фундаментальные, так и составные частицы различной природы, порожденные разнообразными источниками (например, Солнцем) и обладающие энергией из огромного диапазона. Обычно наиболее высокоэнергетические события относятся к космическим лучам — потокам частиц, прилетающим со всех направлений. В большинстве случаев их источник обнаружить не удается, но отдельные отождествления были, в том числе со сверхновыми и активными ядрами галактик.
Такие частицы при взаимодействии с атомными ядрами в верхних слоях атмосферы порождают каскад реакций, который приводит к появлению большого количества вторичных частиц — атмосферному ливню. Некоторые из них достигают поверхности Земли и могут быть зарегистрированы. Так как изначальное соударение происходит на большой высоте, то порождаемые одной высокоэнергетической частицей «осколки» могут накрывать площадь в сотни квадратных километров.
Одним из наиболее интенсивных известных источников частиц является Крабовидная туманность — остаток сверхновой 1054 года, внутри которой находится пульсар. В частности, у нее детектируется электромагнитное излучение от радио до экстремально жесткого гамма-диапазона с предельной энергией в несколько десятков тераэлектронвольт.
В работе коллаборации ученых, работающих с установкой Tibet air shower array, описывается первый случай фиксации фотонов с энергией выше 100 тераэлектронвольт от конкретного источника, которым оказалась Крабовидная туманность. После учета всех источников шума физики получили 24 регистрации при ожидаемом количестве фоновых событий от космических лучей в 5,5, что соответствует статистической значимости 5,6σ. Среди них в четырех случаях энергия превысила даже 250 тераэлектронвольт при ожидаемом количестве в 0,8 (статистическая значимость 2,4σ).
Регистрация была проведена при помощи наземных сцинтилляционных детекторов и подземных мюонных детекторов, которые улавливают черенковское излучение вторичных мюонов. В данный момент такие детекторы установки Tibet air shower array обладают суммарной площадью в 3400 квадратных метров. Различие между фотонами и массивными частицами космических лучей проводилось по количеству генерируемых мюонов — фотон сравнимой энергии порождает намного меньше мюонов.
В этом году начались наблюдения на самом чувствительном детекторе космических лучей, также расположенном в Китае. В прошлом году впервые удалось найти источник нейтрино сверхвысоких энергий, которым оказался блазар. Космические лучи влияют не только на Землю, но и на другие тела: недавно ученые доказали, что цвет спутника Юпитера Европы определяется, в том числе, высокоэнергетическими частицами.
Эксперименты с проверкой мартовского рекорда прошли научное рецензирование
Китайские физики попытались воспроизвести результаты по комнатной сверхпроводимости в легированном азотом гидриде лютеция при умеренном давлении, опубликованные в марте этого года их американскими коллегами. И хотя в новых экспериментах ученые увидели характерное изменение цвета, полученное их предшественниками, никаких признаков сверхпроводимости они не нашли. Ранее статья с результатами проверки была доступна лишь в виде препринта, но сейчас она прошла рецензирование и вышла в Nature. В марте этого года группа Ранги Диаса из Рочестерского университета опубликовала статью в журнале Nature, в которой утверждалось, что физики смогли получить комнатную сверхпроводимость при давлении в десять килобар для гидрида лютеция, легированного азотом. Это существенно меньше, чем предыдущий рекорд — миллион с лишним атмосфер, при которых сверхпроводит гидрит лантана при температуре, близкой к комнатной. В случае подтверждения другими группами результат группы Диаса существенно продвинет прогресс в поисках сверхпроводимости при более доступных для практического использования условиях. Авторы этой работы известны не только своими достижениями, но и пристальным вниманием коллег, которое привело к отзыву их предыдущей статьи. Тогда речь шла о сверхпроводимости твердого материала на основе сероводорода H3S и метана CH4 при 15 градусах Цельсия и 1,4 миллиона атмосфер. Подробности этой истории читайте в материале «Под давлением». Новое достижение группы Диаса тут же было подвергнуто тщательной ревизии и перепроверке со стороны других групп, в том числе и экспериментальных. Часть физиков, к примеру, смогла увидеть характерное изменение цвета материала при изменении давления, но никто пока так и не обнаружил сверхпроводимости в гидриде лютеция, легированного азотом. До этого момента все попытки повторить результат группы Диаса представлены лишь в виде препринтов, то есть статей, не прошедших рецензирование. Первыми, кому удалось попасть на страницы крупного научного журнала, стали физики из университета Нанджунга под руководством Хайя Ху Вэня (Hai-Hu Wen). Метод, которым китайские физики синтезировали легированный азотом гидрид лютеция, слегка отличался от метода группы Диаса. Тем не менее, рентгеноструктурный анализ и рамановская спектроскопия подтвердили, что все три образца, изготовленные авторами, имеют ту же структуру с едва заметным отличием в постоянной решетки. Эксперименты при высоких давлениях подтвердили эффект изменения цвета: с темно-синего через фиолетовый к розовому. Однако это у группы Хайя Ху Вэня это произошло при куда большем давлении — в диапазоне 2–41 гигапаскаля против 10–320 мегапаскалей у группы Диаса. Авторы исследовали в этом диапазоне проводимость и намагниченность, но не нашли свидетельств сверхпроводимости вплоть до двух кельвин — образец демонстрировал металлические свойства. Но вряд ли новая публикация напрямую приведет к отзыву предыдущей — такое возможно, только если она поможет найти методологические ошибки. Это не первый случай в физике, когда результаты исследований, опубликованные в престижнейших научных журналах, противоречат друг другу. Совсем недавно такое произошло в физике элементарных частиц: масса W-бозона, измеренная с помощью данных с Тэватрона, существенно отличилась от таковой, измеренной на БАКе. Обсуждению этой ситуации посвящен материал «Камешек в ботинке».