Нейтрино – субатомные частицы, которые известны прохождением через что-либо и все. Теперь, физики продемонстрировали, что наша планета останавливает высокоэнергетические нейтрино — они не проходят все. Эксперимент был достигнут с Обсерваторией IceCube, множеством 5 160 датчиков размера баскетбола, замороженных глубоко в km3 очень прозрачного льда около Южного полюса.
Это изображение показывает визуальное представление одного из обнаружений нейтрино самой высокой энергии, нанесенных на точку зрения Обсерватории IceCube в Южном полюсе. Кредит изображения: Сотрудничество IceCube.Нейтрино среди самых богатых частиц в космосе. С почти никакой массой и бесплатно, они редко взаимодействуют с вопросом.
Десятки триллионов курса нейтрино через наши тела каждую секунду.Теория предсказывает, что в высоких энергиях — выше, чем может быть произведен любым земным ускорителем частиц — нейтрино, как могут ожидать, будут взаимодействовать с вопросом и будут поглощены Землей вместо того, чтобы продолжить проходить через космос.Первые обнаружения нейтрино «чрезвычайно высокая энергия» были сделаны Обсерваторией IceCube в 2013, но тайна осталась.“Мы знали, что нейтрино более низкой энергии проходят примерно через что-либо, но хотя мы ожидали, что нейтрино более высокой энергии будут отличаться, никакие предыдущие эксперименты не были в состоянии продемонстрировать убедительно, что нейтрино более высокой энергии могли быть остановлены чем-либо”, сказал профессор Государственного университета Пенсильвании Дуг Кауэн.
“Мы всегда говорим, что никакая частица, но нейтрино не может пройти Землю”, добавил научный руководитель IceCube профессор Фрэнсис Хэлзен из Висконсинского университета в Мадисоне.“Однако у нейтрино действительно есть крошечная вероятность, чтобы взаимодействовать, и эта вероятность увеличения с энергией.
Та вероятность – то, что ученые называют поперечным сечением нейтрино”.Новое измерение IceCube определило поперечное сечение для энергий нейтрино между 6.3 TeV и 980 TeV, энергетические уровни больше, чем порядок величины выше, чем предыдущие измерения. Самые энергичные нейтрино, изученные так далеко от земных акселераторов, на 0.4 энергетических уровнях TeV.
“Датчики IceCube непосредственно не наблюдают нейтрино, но вместо этого измеряют вспышки синего света, известного как радиация Черенкова, испускаемая после серии взаимодействий, включающих стремительные заряженные частицы, которые созданы, когда нейтрино взаимодействуют со льдом”, сказали физики.“Измеряя легкие образцы от этих взаимодействий в или около множества датчика, IceCube может оценить энергии нейтрино и направления путешествия”.
Анализирование года данных IceCube собралось между маем 2010 и маем 2011, они помещают 10 800 взаимодействий нейтрино под микроскопом.“Мы посмотрели главным образом на нейтрино, созданные, когда высокоэнергетические космические лучи врезались в ядра азота или кислорода в атмосфере Земли. Те столкновения производят каскад субатомных частиц, которые могут произвести нейтрино”, сказали они.
“Образец также включал меньшее число нейтрино, вероятно, созданных во все же будущих определенных космических акселераторах, таких как черные дыры”.“Мы нашли, что меньше самых энергичных нейтрино добиралось до датчика от северного полушария, где частицы должны будут пройти через всю Землю, включая плотное ядро нашей планеты, прежде, чем достигнуть датчиков IceCube.
От менее затрудненных, близких горизонтальных траекторий было обнаружено больше нейтрино”.Измерения IceCube соответствуют Стандартной Модели физики элементарных частиц.“В отсутствие новой физики Стандартная Модель позволяет нам вычислять поперечное сечение протона нейтрино в энергиях, исследованных IceCube”, сказал профессор Хэлзен.
“Что мы измеряем, последовательно — до сих пор — с тем, что ожидается. Мы, конечно, надеялись на некоторую новую физику появиться, но мы, к сожалению, находим, что Стандартная Модель, как обычно, противостоит тесту”.
“Однако преимущество IceCube – своя способность измерить самые высокие энергетические нейтрино, которые произведены в космических акселераторах — суперкрупных черных дырах, сильных сердцах формирующих звезду галактик, и скоплениях галактик — которому не может соответствовать никакой акселератор на Земле”, добавил он.“Если, например, данные IceCube питают доказательства нейтрино с поперечными сечениями, больше, чем, какие ученые вычислили использование Стандартной Модели, это могло призвать новую физику, такую как компактные, скрытые пространственные размеры”.
Результаты появляются в журнале Nature.