IceCube нашел возможные внегалактические источники нейтрино
Физики представили результат обработки десятилетия наблюдений на нейтринной обсерватории IceCube. Ученым удалось выделить несколько внегалактических источников-кандидатов, но статистики недостаточно для полноценного открытия ни в одном случае. Наиболее достоверные результаты получены для активной галактики NGC 1068 (M 77), пишут авторы в журнале Physical Review Letters.
Нейтрино — это маломассивные и слабовзаимодействующие незаряженные элементарные частицы. Они рождаются во многих ядерных реакциях, где важную роль играет слабое ядерное взаимодействие. В частности, мощным источником нейтрино является Солнце, в котором эти частицы рождаются в процессе термоядерного синтеза в ядре.
Нейтрино также входят в состав космических лучей — сталкивающегося с планетой потока частиц внеземного происхождения. Источники космических лучей остаются по большей части неизвестными, так как большинство образующих их частиц обладает электрическим зарядом, из-за чего они отклоняются по мере движения в галактических и межгалактических магнитных полях. Однако нейтрино не обладают зарядом, поэтому не взаимодействуют с магнитными полями, а их траектории не искривляются. В связи с этим ученые надеются прояснить природу естественных ускорителей частиц с помощью нейтрино.
Работающие с крупнейшим на данный момент детектором нейтрино IceCube ученые провели анализ всех имеющихся данных о событиях внегалактической природы, зарегистрированных с 6 апреля 2008 года по 10 июля 2018, — таких оказалось более миллиона. Ученые искали на всем небе направления, откуда приходит избыток частиц относительно фоновых значений. Всего им удалось выделить четыре потенциальных источника: NGC 1068 (активная сейфертовская галактика), TXS 0506+056 (блазар, который ранее уже стал первым отождествленным внегалактическим источником нейтрино), GB6 J1542+6129 (лацертида, подтип блазара) и PKS 1424+240 (лацертида, один из самых далеких источников гамма-лучей сверхвысокой энергии).
Несмотря на высокие потоки нейтрино, из-за их малого сечения взаимодействия с материей и наличия большого количества фоновых процессов, выделение событий с высокой статистической значимостью затруднительно. В частности, множество паразитных срабатываний детектора вызывают мюоны и вторичные нейтрино, рождающиеся в земной атмосфере при взаимодействии заряженных частиц космических лучей с ее веществом.
Пока что ни в одном из четырех выделенных случаев нельзя говорить о полноценном открытии. Более того, так как анализ проводился на основе данных за длительный промежуток времени, в течение которого статистически могут происходить заметные флуктуации потоков, даже однозначно установленный как источник нейтрино блазар TXS 0506+056 не смог преодолеть принятый порог значимости в пять стандартных отклонений.
Наиболее надежные данные получены в случае галактики NGC 1068 — ее сигнал выделяется над фоном на 3,3 стандартных отклонения. Она относится к активным сейфертовским галактикам II типа и является самым ярким источником этого класса в каталоге космического гамма-телескопа «Ферми». Также уже было установлено, что в ее ядре происходит ускорение заряженных частиц до высоких энергий, что ученые связывают с деятельностью центральной черной дыры.
Однако существующие модели, связывающие потоки нейтрино с потоками гамма-фотонов высоких энергий, предсказывают намного более высокую светимость данной галактики в жесткой части электромагнитного спектра, чем было зафиксировано. Авторы новой работы допускают, что это может быть связано с достаточно высокой неточностью определения энергий нейтрино и существенным поглощением рентгеновских и гамма-лучей в направлении на данный объект.
Ранее физики предложили новый способ поиска нейтрино, основанный на эффекте радиоэха. В мире продолжается активное строительство новых детекторов нейтрино: недавно один эксперимент был запущен в России, а в Японии одобрили строительство крупнейшей подобной установки.
Тимур Кешелава
Это показали эксперименты с газированными напитками
Американские и французские физики разобрались в причинах, по которым всплывающие в газированном напитке пузыри выстраиваются или не выстраиваются в ровные цепочки. Для этого они проводили эксперименты с дегазированными напитками (газировкой, пивом, игристым вином и шампанским) и модельными жидкостями. В результате ученые выяснили, что на этот эффект влияет размер пузырей и характеристики и количество поверхностно-активных веществ в напитке. Исследование опубликовано в Physical Review Fluids. Всплытие пузырей в жидкости — это неотъемлемая часть множества процессов в природе и технологиях, начиная от просачивания газов из-под океанского дна и заканчивая очисткой сточных вод с помощью насыщения ее кислородом в аэротенках. Важную роль пузыри играют и в производстве газированных напитков: мы уже рассказывали об их роли в восприятии вкуса пива и шампанского. В случае с шампанским всплытие пузырьков играет еще и важную эстетическую роль: они поднимаются в виде почти вертикальных цепочек с постоянным интервалом. Вместе с тем, такое поведение встречается не во всех напитках. Теоретики лишь недавно смогли объяснить причину противоположного поведения: всплытия по зигзагообразным или спиральным траекториям. Причины же возникновения ровных цепочек физикам пока до конца не ясны, равно как и условия, при которых разные режимы всплытия сменяют друг друга. Ответить на эти вопросы взялась команда американских и французских физиков под руководством Роберто Зенита (Roberto Zenit) из Университета Брауна. Им удалось экспериментально и теоретически выяснить, что на формирование стабильных пузырьковых цепочек оказывает влияние два фактора: их размер и наличие в жидкости поверхностно-активных веществ (ПАВ). В случае с напитками последний фактор оказывается решающим — он определяет разницу во всплытии пузырьков между газированной водой и шампанским. Физики проводили опыты в плексигласовом прямоугольном бассейне размером 50 × 50 × 400 миллиметров. На дно бассейна ученые устанавливали иглы различного диаметра закругления, через которые подавали воздух и получали пузырьки разного размера. Контроль подачи воздуха, в свою очередь, регулировал частоту их образования и, как следствие, межпузырьковое расстояние. Исследователи наполняли установку жидкостями, предварительно дегазированными в условиях вакуума: газированной водой, светлым пивом, игристым вином и шампанским. Кроме того, в качестве модельной жидкости они использовали смеси дистиллированной воды и глицерина в различных пропорциях. Эксперименты сопровождались численным моделированием с помощью уравнений Навье — Стокса. Главный результат, полученный физиками, заключается в том, что стабильность цепочки устанавливается при размерах пузырей или количестве ПАВ, выраженного через число Ленгмюра, выше некоторых порогов, а до того они расходятся в пределах конуса. Симуляции показали, что пузырьки нужных размеров могут двигаться прямолинейно только в том случае, если на их поверхности создается достаточная завихренность — тогда подъемная сила, действующая на нижний пузырь под влиянием верхнего, меняет знак и вталкивает его следом. На это, в свою очередь, влияет химический состав напитков: если в пиве ПАВ — это тяжелые белки, то в шампанском эту роль играют более легкие жирные кислоты. Полученные результаты, помимо применения в производстве алкоголя, можно использовать для оценки уровня загрязнения ПАВ практически в любой жидкости. Группу Зенита давно интересуют пузырьки в алкоголе. Ранее мы рассказывали, как физики научно обосновали традиционный способ определения концентрации этанола при перегонке мескаля по времени жизни пузырьков.