904,8
рейтинг
25 ноября 2013 в 22:29

Детектор IceCube зарегистрировал нейтрино из-за пределов Солнечной системы

Учёные впервые получили надёжные следы нейтрино из-за пределов Солнечной системы. Конечно, никто и не сомневался в их существовании, но сейчас удалось впервые их зарегистрировать и доказать, что источник находится в глубоком космосе. Помог в этом нейтринный детектор IceCube на Южном полюсе.



IceCube обнаружил 28 нейтрино с аномально высокой энергией. «Это огромный результат. Он может ознаменовать начало нейтринной астрономии, — не скрывает радости Даррен Грант (Darren Grant), доцент кафедры физики университета Альберты и один из руководителей проекта IceCube Collaboration, который объединяет более 250 физиков и инженеров из десятка стран.

Нейтрино из-за пределов Солнечной системы имеют более высокую энергию. Они образовались в результате разных космических явлений, таких как гамма-всплески, формирование чёрных дыр и галактических ядер далеко во Вселенной. Изучение этих нейтрино позволяет заглянуть за пределы, ограниченные разрешением оптических и радиотелескопов.

До сих пор учёные изучали только низкоэнергетические нейтрино, которые родились в верхних слоях земной атмосферы, а также частицы от недалёкой сверхновой 1987A. Но 28 новых нейтрино обладают гораздо большей энергией: от 30 до 1200 ТэВ! Для сравнения, после апгрейда Большого адронного коллайдера в 2015 году с увеличением его мощности он сможет сталкивать частицы с энергией «всего» 14 тераэлектронвольт.


Нейтрино с рекордной энергией 1,2 ПэВ зарегистрирован 3 января 2012 года и получил от физиков имя Эрни (Ernie)

Эти нейтрино явно пришли издалека, причём учёные пока не могут сказать, откуда именно, потому что у 28 нейтрино нет кластеризации во времени или пространстве. «Я уверен, что через 20 лет мы оглянемся назад и скажем: да, это было начало нейтринной астрономии», — сказал Джон Лирнид (John Learned) в комментарии для журнала Science.

Нейтринная обсерватория IceCube («Ледяной куб») вышла на полную мощность в декабре 2010 года, хотя в ограниченном режиме начала работу раньше. Конструкция состоит из 5160 оптических детекторов, аккуратно вмороженных в лёд на глубине от 1450 до 2450 метров (туннели во льду прокладывали горячей водой). Детекторы собраны в 86 километровых нитей по 60 штук. Конструкция схематически показана на иллюстрации.



Получается, что в качестве детектора используется огромная глыба льда, которая со всех сторон окружена вмороженными туда датчиками. Вот как выглядят отдельные оптические сенсоры. Сенсоры регистрируют черенковское излучение мюонов высокой энергии, движущихся из-под земли. Такие мюоны могут рождаться только при взаимодействии мюонных нейтрино, прошедших сквозь Землю, с электронами и нуклонами льда. Тысячи километров земного вещества служат в качестве фильтра, отсекая «лишние» частицы. То есть IceCube на Южном полюсе детектирует нейтрино, приходящие с северной полусферы неба.



Ледяной «кубик» (точнее, правильная шестиугольная призма) является крупнейшим в мире детектором нейтрино. Возможно, он поможет добыть первые доказательства существования множественных измерений во Вселенной, подтвердив теорию струн, на основе которой и сформулирована Единая теория, являющаяся чашей Грааля современной физики.

Теория струн предсказывает существование стерильных нейтрино, которые приходят к нам из других измерений со скоростью, якобы (для наблюдателя) превышающей световой барьер (также как скорость распространения гравитации для нас, наблюдателей, тоже якобы превышает световой барьер). Собственно, именно эти стерильные нейтрино, среди прочих, ищет IceCube.

Проект IceCube стартовал в 2002 году, а работы по установке детекторов начались в 2005 году. К декабрю 2010 года работа была закончена, в 2011 году систему запустили на полную мощность — и вот спустя два с половиной года, наконец, получены первые обнадёживающие результаты. Теперь нужно продолжить сбор данных, и через несколько лет станет возможным определить источник(-и) этих нейтрино: по мере детектирования новых нейтрино картина постепенно проявится, как на фото с длительной экспозицией.

Научная работа с описанием первых высокоэнергетических нейтрино опубликована в журнале Science 22 ноября 2013 года.
Анатолий Ализар @alizar
карма
678,3
рейтинг 904,8
Редактор
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (54)

  • +27
    Это настолько круто звучит, что реально дух захватывает.
    Половины я не понимаю, часть того что я понимаю, скорее всего я понимаю неверно. Но даже от оставшегося просто мозг взрывается.
  • +3
    Круто! Даешь обнаружение гравитонов! :)
    • 0
      Что, если никаких гравитонов не существует, а гравитация является лишь следствием геометрии пространства?
      • +3
        простите, а что одно другому мешает?
      • +20
        Вы мыслите не как физик. Отрицательный результат — тоже результат! :)
      • +1
        Фононы тоже являются лишь следствием возмущений в кристаллах, однако это не мешает рассматривать их как частицы.
        • +1
          Все же, частица (нейтрино), гипотетическая частица (гравитон) и квази-частица (фонон), это разные понятия.

          Согласен с Indexator насчет отрицательного результата. Если бы удалось доказать, что концепция гравитонов ошибочна, ученые могли бы бросить больше сил на геометрический принцип.
          • +4
            Проблема в том, что чем глубже, тем невнятнее становится само понятие «частица». Уже корпускулярно-волновой дуализм вносит немало сумятицы: с какой радости вот эту вероятностную компле́ксную размытость, взаимодействующую и интерферирующую саму с собой, располагающуюся одновременно в каждой точке Вселенной, мы вдруг обозвали частицей? Да просто потому, что в некоторых ситуациях она ведёт себя как точечная частица. Так и тут: если окажется, что квант возмущения метрики пространства-времени в некоторых случаях ведёт себя как частица, описывается уравнениями как частица, взаимодействует как частица, то будет проще называть его частицей, даже если в каких-то случаях он и проявит не-частичную природу.

            Я даже опасаюсь, что сама постановка вопроса «является ли некая сущность частицей» может оказаться попросту некорректной, так же как некорректен вопрос «что представляет собой H2O: газ, жидкость или твёрдое тело?» Всё зависит от условий эксперимента, от окружающей среды.
            • 0
              Они частицы так как для них можно записать статистику по аналогии с газами. Вот электроны они в твердом тебе частицы вроде бы как, так как есть удобный инструмент их описания — распределение Ферми-Дирака. Или нелинейные процессы физиками удобно описывать на языке столкновения частиц, а вот радиофизикам на языке модуляции, то есть волн. А по сути явление одно и тоже.
              • +2
                Берём куперовские пары, которые здравый смысл никак не назовёт частицами, и вдруг оказывается, что они ведут себя как бозоны, образуют конденсат Бозе–Эйнштейна…
                • 0
                  А электроны в твердом теле, у который масса от скорости зависит циклически и ещё и отрицательно бывает вам здравый смысл позволяет записать в частицы? А принцип Паули это тоже куда там? О всяких фононах, магнонах, поляритонах и прочем я вообще молчу, так что куперовские пары тут ещё не самый яркий представитель. И такие бозоны с фермионами встречаются куда чаще, чем «истинные».

                  Как говорил Ландау «Человек оказался способным открыть и осознать даже то, что ему не под силу представить», так что искать какие-то аналогии между квантовым миром и классическим не только бессмысленно и контрпродуктивно.
                  • 0
                    Именно так. Я же, собственно, как раз с этого и начал, что понятие «частица» становится слишком размытым в современной физике и включает такие вещи, которые частицами назвать-то трудно на трезвую голову. :-)
  • +3
    также как скорость распространения гравитации для нас, наблюдателей, тоже якобы превышает световой барьер
    Это что имеется в виду?
    • 0
      Вероятно то, что волны гравитационного воздействия по скорости быстрее чем волны световые.
      Не увидел противоречия в оригинале.
      • +6
        А в какой теории/наблюдении гравитационное воздействие распространяется быстрее света?
        PS: и ссылку «на оригинал» дайте, пожалуйста.
        • 0
        • 0
          Теорию/наблюдение не знаю, но когда-то давно читал книгу Митио Каку «Физика невозможного», где рассматривалось много версий, и это был один из вариантов.
          Хотя, сейчас в книге не смог найти это место. Мне казалось, что это было в главе про теорию струн и про гугол параллельных вселенных.
          • +5
             
                - Вспышка была сегодня красоты изумительной. Я чуть не  ослеп.  Люблю
            взрывы  на  аннигиляцию!   Чувствуешь  себя   этаким  творцом,   человеком
            будущего...
            ...
                 - Сосчитал, - сказал Эзра.
                 - Ну?
                 - Не торопите его, он не может так быстро.
                 - Три и восемь.
                 - Эзра! Каждое твое слово золото!
                 - Ошибка плюс-минус два и два.
                 - Как сегодня словоохотлив наш Эзра!
                 Юра не выдержал и прошептал Эзре прямо в ухо:
                 - Что случилось? Почему все так радуются?
                 Эзра, слегка повернув голову, пробубнил:
                 - Получили упреждение.  Доказали.  Что  гравитация  распространяется.
            Быстрее света. Впервые доказали.
            


            «Стажеры», Стругацкие.
          • +1
            Ну разве так можно! У людей столько работы, а тут еще одна книжка, мимо которой прошел как-то мимо и которую теперь совершенно обязательно надо прочесть )
            • +2
              Честное слово, не надо тратить время. Всю суть книги можно уместить на А4. Все интересные мысли — в одном абзаце.
              Куча воды для старшеклассников.
        • +1
          А в какой теории/наблюдении гравитационное воздействие распространяется быстрее света?
          PS: и ссылку «на оригинал» дайте, пожалуйста.

          Там же написано распространение быстрее света в ковычках.

          Я так понимаю, имеется ввиду расширение вселенной. То есть если вселенная расширяется со скоростью c, то источник света, испускающий фотоны в разные стороны будет производить впечатление, что один фотон относительно другого движется со скоростью 2c. Хотя они все равно будут двигаться со скоростью с даже относительно друг друга.

          Одна из возможных смертей вселенной, когда расширение будет настолько быстрым, что исчезнут сначала далекие галактики, а затем чем дальше, тем меньше мы будем видеть. Потому что свет будет уносить расширение, как быстрое течение уносит рыб, плывущих против него.
          • +1
            Лучше посмотреть все, но по сабжу — с 4 минуты:


            Скрытый текст
            image
    • +4
      Наверное подразумевается скорость распространения гравитационной волны или ее носителей — гравитонов. Но это лишь предположение, что она превышает скорость света. Вообще есть разные мнения на этот счет. Но по Общей теории относительности гравитация распространяется со скоростью света, т.е. если Солнце внезапно исчезнет, то Земля продолжит вращаться по той же орбите, а мы продолжим наблюдать Солнце еще около 8 минут… Ее точное измерение должно расставит многие точки над i в единой теории поля…
      • 0
        Немножко о том эксперименте из вики по измерению скорости распространения гравитации: www.astronet.ru/db/msg/1182307
  • 0
    если я не ошибаюсь, сами эти детекторы делались в России.
    а вобще новость канешно приятная.
  • +2
    Наверное, глупый вопрос, но мне немного непонятно, как они отделяют отфильтрованные частицы, пришедшие с другого полюса, от того «мусора», который идет со всех остальных сторон, особенно сверху?

    Тут как-то используется принцип вытянутых вниз детекторов, которые собирают только то, что идет ровно снизу вверх, сравнивая данные в детекторе по вертикали?
    Какой принцип работы у этих детекторов?
    • 0
      Я не физик, но возможно, они пытаются уловить все частицы у которых энергия выше некого порога. Плюс сами детекторы расположены в толще льда, что само по себе является фильтром.
    • +3
      Нейтрино, сталкиваясь с веществом, рождает частицы, которые продолжают лететь в том же направлении. Детекторы расположены так, что смотрят «вниз». Соответственно, они регистрируют частицы, которые приходят «из толщи Земли» наружу. Так как Земля большая и толстая, только нейтрино могут её пролететь насквозь, поглотиться недалеко у поверхности и породить другие частицы (которые уже и регистрируются детекторами, которые «смотрят» вниз).

      Как-то так.
      • –1
        В качестве вещества используется золотая пластина, при ударе из пластины вылетает частица металла, и летит в том же направлении, далее она попадает на подложку с молекулами ДНК. По пути из пластины к противоположной полимерной подложке ядро успевает разорвать ряд молекул нуклеиновой кислоты, фрагменты которых отделяются от пластины и тщательно собираются. После амплификации в ходе ПЦР последовательность поврежденных фрагментов определяют, что позволяет установить точки повреждения в молекулах и, соответственно, траекторию движения ядра золота. Таким образом можно будет установить траекторию движения ядра с точностью до нескольких нанометров, а значит, точно определить энергию частиц. По крайней мере такой принцип был озвучен этим летом, когда собирались проводить эти исследования.
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +3
      Скоро уже 2014-й год, так что вы немного припоздали.
      • +1
        На самом деле нет. Данные о пойманных нейтрино высоких энергий крутились в кулуарах конференций уже где-то пол года. Однако американцы боялись публиковать эти результаты, помня о славе Оперы. Долго все перепроверяли, и опубликовались только сейчас.
    • +2
      Хабр он такой хабр… А между тем, цитата с вики:
      Нейтрино, образующиеся в результате распада радиоактивных элементов внутри Земли, могут использоваться для изучения внутреннего состава Земли. Измеряя потоки геологических нейтрино в разных точках Земли, можно составить карту источников радиоактивного тепловыделения внутри Земли

      Вопрос: Ну и как их отличают, от «неземных», и наоборот, не считая того, что «ну наверно у них там какие-нибудь инструменты имеются, как-то же они их поймали»?
      • +3
        Насколько я понимаю отличают по энергии. Внутри земли не образовываются нейтрино с такой большой энергией.
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • 0
        Максимальные энергии нейтрино при бета-распаде не превышают десятки MeV.

        Здесь регистрируются нейтрино с энергией более 30 TeV, это 6 порядков (в 1 000 000 раз больше).
    • +5
      Мне крайне понравилась фраза, вокруг которой был закручен весь тот фильм:
      — Нейтрино взаимодействуют с ядром и нагревают его!
      — Но это же невозможно! Нейтрино не взаимодействуют с материей!
      — Да, но они взаимодействуют!
      На этом научная часть фильма закончилось и всё завертелось. Достаточно пятисекундного бреда, чтобы обосновать все дальнейшие события фильма.
      • +5
        • 0
          Да, что-то вроде этого монолога у меня и крутилось в мозгу в течении тех 2.5 часов просмотра оставшейся части фильма.
    • +2
      Вообще-то по фильму, нейтрино образовывались на Солнце, а внутри Земли они грели ядро.
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • +2
          Для того, чтобы иметь представление о нейтрино — достаточно было посещать физику в 11 классе.

          А так — на хабре есть приличное количество образованных людей. Среди них есть и физики.
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            • 0
              Вы отличаете «purely atmospheric phenomena» от «какого-то процесса в центре Земли» (цитирую ваше заминусованное сообщение)?

              Нейтрино высоких энергий вполне могут появляться при слабом взаимодействии в околоземном пространстве (при бомбардировке атмосферы высокоэнергитичными частицами).

              P. S. От меня минус в карму вы получили ранее и за другие заслуги. Иначе бы получили на основе того, что вы написали в личку, но не рискнули написать сюда.
  • +12
    Почему впервые? А как же нейтринный телескоп на Байкале, который уже с 1987 в работе nuclphys.sinp.msu.ru/neutrino/newtrino_s/baik.htm
  • +9
    Не совсем понятно, как стыкуются следующие предложения:
    Детектор IceCube зарегистрировал нейтрино из-за пределов Солнечной системы

    До сих пор учёные изучали только низкоэнергетические нейтрино, которые родились в верхних слоях земной атмосферы, а также частицы от недалёкой сверхновой 1987A.

    Сверхновая находится вне нашей Солнечной системы (и славно!), выброс нейтрино от неё был зафиксирован 26 лет назад. В чём сенсационность текущих нейтрино, и почему только они должны знаменовать начало нейтринной астрономии?
    • +10
      Ответ нашёлся не так быстро, как должен был. Посмотрел на автора новости. Вопросов больше не имею.
    • +2
      Сверхновая находится вне нашей Солнечной системы (и славно!), выброс нейтрино от неё был зафиксирован 26 лет назад. В чём сенсационность текущих нейтрино, и почему только они должны знаменовать начало нейтринной астрономии?


      1)это были крайне ВЫСОКОэнергетические нейтрино, ранее таких не фиксировали, скорее всего они внегалактические
      2)нейтрино сверхновой 1987A были до сих пор единственные внесолнечносистемные ( источник «рядом» с Галактикой) с отождествлением источника (не такие «энергичные», естественно)
      3)IceCube лишен недостатков своих предшественников (Аманды, в частности)
      4)IceCube более чувствителен
    • +1
      В чём сенсационность текущих нейтрино,


      5)как таковых — ни в чем, и даже не в самом открытии, а в том, что появился девайс превосходящий по уровню все предыдущие

  • +1
    Интересно, как всё это строилось, в таких суровых условиях, да ещё и с таким размахом!
    • +4
      Вот например про наш такой телескоп: sdelanounas.ru/blogs/17061/ фотографий достаточно, в том числе и самих датчиков.
  • 0
    Чаша Грааля современной физики
    — или угадай автора по тексту.
    Хотя, справедливости ради, по заголовку в этот раз не детектировал!
  • +1
    Вот за такие статьи Ализару, как говорится, «респект и уважуха».
  • +1
    Стерильные нейтрино из других измерений. Термин другие измерения не выглядит очень научным. Эта частица из высоты, а эта из ширины.
    Вообще я далек от физики но звучит несколько странно. Нет случайно какой-то популярной статьи на русском про эту гипотезу?

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.