Земля поглощает высокоэнергетические «частицы-призраки»

Некоторые нейтрино высокой энергии поглощаются при прохождении через Землю.

IceCube состоит из нескольких оптических датчиков, заключённых в нетронутый антарктический лёд. Фото: Джейми Янг.

Нейтрино известны как «частицы-призраки», поскольку они легко проходят сквозь твердые тела. Однако международная группа исследователей, работающая на IceCube, крупнейшем в мире детекторе нейтрино в Антарктиде, обнаружила, что некоторые из этих субатомных частиц буквально останавливались на своем пути при столкновении с нашей планетой. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature 22 ноября.

Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом. Нейтрино может пройти световой год (10 триллионов километров) сквозь свинец, не столкнувшись ни с одним атомом. Нейтрино, регистрируемые детектором IceCube, обладают очень высокими энергиями. Это важно, поскольку чем выше энергия нейтрино, тем выше вероятность его взаимодействия с веществом и поглощения Землёй.

Машина IceCube состоит из массива размером с баскетбольный мяч из 5160 оптических датчиков – цифровых оптических модулей (DOM). Они упакованы в 1-километровый³Лёд в Антарктиде, недалеко от Южного полюса Земли, очень чистый. Датчики не регистрируют нейтрино напрямую, а измеряют вспышки синего света, или черенковское излучение, испускаемое другими частицами, такими как мюоны, которые возникают при взаимодействии нейтрино со льдом.

Измеряя черенковское излучение внутри детектора или вблизи него, IceCube может оценить направление и энергию нейтрино. Команда обнаружила, что количество высокоэнергетических нейтрино, прошедших через Землю к IceCube, было меньше, чем количество нейтрино, пришедших по менее препятствующим траекториям, например, от частиц, движущихся более горизонтально.

Путь нейтрино к детектору IceCube. Фото: Nature.

Большинство нейтрино, зарегистрированных детектором IceCube в этом исследовании, имели в миллионы раз большую энергию, чем те, которые генерируются такими известными источниками, как Солнце или атомные электростанции. Они образовались в атмосфере Земли в результате процесса, вызванного космическими лучами или неизвестными источниками за пределами земной атмосферы.

«Понимание того, как взаимодействуют нейтрино, является ключом к работе IceCube», — сказал Фрэнсис Халзен, профессор физики в Университете Висконсин-Мэдисон (США), работающий над проектом IceCube.

По данным VNE