Ученые выяснили, как много нейтрино проходит через ядро Земли - «Космос»

© Иллюстрация Новости Дня . Алина ПолянинаТак художник представил то, как нейтрино пролетают через центр Земли

МОСКВА, 22 ноя – Новости Дня. Наблюдения за нейтрино сверхвысоких энергий при помощи детектора IceCube помогли физикам выяснить, как много этих частиц проходит через ядро Земли и доказать, что часть из них поглощается недрами планеты, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Ухо Антарктики": как физики превратили целый континент в детектор частиц"Это открытие крайне важно по той причине, что оно впервые показало, что нейтрино сверхвысоких энергий могут взаимодействовать и поглощаться другими формами материи, в данном случае, недрами Земли. Мы и до этого знали, что нейтрино низких энергий могут пролетать через что угодно, и, хотя мы и ожидали, что частицы высоких энергий будут вести себя иначе, доказать это нам раньше не удавалось", — заявил Даг Коуэн (Doug Cowen) из университета Пенсильвании в Филадельфии (США).

Нейтринный телескоп IceCube является самой большой в мире обсерваторией, предназначенной для изучения потоков нейтрино и мюонов космического происхождения. Она расположена на территории антарктической станции Амундсен-Скотт, у южного полюса Земли. Постройка обсерватории началась в 2005 году и была завершена в декабре 2010 года. Главная задача детектора — обнаружение основных источников нейтрино в космосе.

Одной из отличительных особенностей IceCube является то, что данный детектор может следить за нейтрино в очень широком диапазоне энергий, начиная с космических аналогов маломощных частиц, которые можно получить даже при помощи земных ядерных реакторов и ускорителей материи, и заканчивая нейтрино сверхвысоких энергий, вплотную подобравшихся к так называемому пределу Грайзена-Зацепина-Кузьмина.

Академик: "новая физика" может начаться со стерильных нейтрино

Под этим словом ученые понимают количество энергии, которую может иметь нейтрино или космический луч, движущийся к Земле от далеких галактик и прочих объектов космоса. Корпускулы, "нарушающие" этот предел, начнут взаимодействовать с микроволновым "эхом" Большого Взрыва, образуя пионы и другие заряженные частицы, и терять энергию. Сегодня физики ожесточенно спорят о том, могут ли нейтрино и другие частицы не соблюдать этот предел, и данные с IceCube могут помочь разрешить этот диспут.

Стандартная модель физики, как отмечает Коуэн, к тому же предсказывает, что нейтрино не будут отличаться в этом плане от других космических лучей и элементарных частиц – вероятность их взаимодействия с другими формами материи должна расти по мере приближения к этому пределу.

С другой стороны, несмотря на этот рост, она будет оставаться крайне невысокой, и следы взаимодействия частиц можно будет увидеть только в том случае, если нейтрино будет проходить через многокилометровый слой очень плотной материи. IceCube может решить эту задачу, так как он может наблюдать за частицами, проходящими всю толщу планеты, и определять направление, откуда они прилетели.

Физики близки к раскрытию тайны существования четвертого типа нейтрино

Для поисков ответа на этот вопрос ученые воспользовались простым наблюдением — нейтрино высоких энергий должны взаимодействовать с материей чаще, чем нейтрино низких энергий. Поэтому число подобных частиц, попавших в IceCube со стороны северного полюса и пролетевших через ядро Земли, будет заметно меньшим, чем со стороны экватора и "боков" планеты.

Руководствуясь этой идеей, ученые проанализировали данные, накопленные IceCube в первый год его работы, за который детекторы установки зафиксировали примерно 10 тысяч нейтрино, пролетевших через детектор со стороны "центра" планеты. Изучив их свойства, ученые подсчитали число и доли нейтрино высоких и низких энергий, пролетевших через ядро Земли и окраины планеты, и сравнили их между собой.

Обсерватория IceCube поймала 30 галактических нейтрино высоких энергий

Как оказалось, предсказания Стандартной модели были верны – доля нейтрино, пролетевших через центр планеты, заметным образом падала по мере повышения энергии частиц. Сопоставив эти значения, Коуэн и его коллеги вычислили скорость, с которой нейтрино "толстеет" по мере роста энергии.
Результаты расчетов почти полностью совпали с тем, что говорит классическая теория, что ставит под сомнение идеи о существовании "лишних" измерений или экзотических переносчиков взаимодействий между лептонами и кварками.

"После обновления IceCube мы проведем новую серию измерений, которые помогут нам избавиться от погрешностей и выйти на более высокие энергии. Когда мы достигнем этого уровня, мы сможем проследить за тем, как поглощение нейтрино влияет на поведение материи ядра Земли и его электромагнитные свойства", — заключает Спенсер Кляйн (Spencer Klein) из университета Калифорнии в Беркли (США).