Нейтрино залишаються найневловимішими відомими частинками. Вони не мають електричного заряду, мають надзвичайно малу масу і здатні проходити крізь тверду скелю без найменшого сповільнення. Міжнародна команда фізиків уперше отримала ознаку сукупного сигналу нейтрино, накопиченого від раннього Всесвіту до сьогодні.
Накопичений сигнал мільярдів колапсів
Кожні кілька секунд у видимій частині космосу масивна зоря вичерпує запаси термоядерного пального, зазнає гравітаційного колапсу й перетворюється на нейтронну зорю або чорну діру. Спалах супроводжується потоком нейтрино, які миттєво розлітаються вусібіч. За мільярди років випромінювання незліченних наднових перемішалося в суцільне тло, відоме як дифузний нейтринний фон наднових (DSNB).
Зафіксувати його означало б отримати прямий інструмент для вимірювання історії зореутворення в усьому космосі. Однак частинки від далеких спалахів украй розсіяні, а їхні сигнали настільки слабкі, що донині жоден детектор не міг виокремити їх із загального шуму. Передбачений теоретично ще у 1980-х, цей фон шукали десятиліттями, й усі попередні спроби давали лише верхню межу потоку, а не статистично значущий надлишок.
Як працює детектор
Детектор Super-Kamiokande розташований на глибині 1000 м у префектурі Ґіфу, де товща скелі відсікає космічні промені. Основою детектора слугує резервуар із п’ятдесятьма тисячами тонн надчистої води, оточений близько тринадцятьма тисячами світлочутливих фотопомножувачів.
Коли нейтрино взаємодіє з водою, воно може породити заряджену частинку. У випадку пошуку дифузного фону нейтрино це найчастіше позитрон, який виникає під час взаємодії антинейтрино з протоном. Якщо така частинка рухається крізь воду швидше, ніж у ній поширюється світло, виникає слабке блакитне черенковське випромінювання. Воно утворює світловий конус, подібно до того, як надзвуковий літак створює ударну хвилю в повітрі. Жодних законів фізики це не порушує, адже йдеться про перевищення швидкості світла в середовищі, а не у вакуумі. Саме це черенковське світло й реєструють фотодетектори Super-Kamiokande.
Перша фаза тривала з 2008 по 2020 рік і накопичила 3349 днів спостережень на чистій воді. У другій фазі, що стартувала 2020 року, до резервуара додали солі гадолінію, рідкісноземельного елемента, який підвищує ефективність розпізнавання електронних антинейтрино.
Дослідники перевірили дані, накопичені приблизно за п’ять тисяч днів, і побачили ледь помітний, але стабільний надлишок подій. Сигнал перевищував те, що очікували від звичайного фону. Статистична значущість сягнула 2,6 сигма, що відповідає 99,5 % впевненості, що це не випадковість.
Поріг, якого бракує до відкриття
Для офіційного відкриття у фізиці елементарних частинок зазвичай потрібна статистична значущість на рівні 5 сигма. Отриманий результат має значущість 2,6 сигма, тобто робить випадкове походження сигналу малоймовірним, але ще не дозволяє вважати його остаточним підтвердженням. Наразі це лише перше статистично значуще свідчення існування дифузного фону нейтрино від наднових. Найкраще спостереження пояснює потік DSNB інтенсивністю близько 3,6 см⁻² с⁻¹, що добре узгоджується з теоретичними прогнозами.
Результати представили 25 червня 2026 року на конференції Neutrino 2026 у Каліфорнійському університеті в Ірвайні, повідомляє Universe Today. Йосуке Асіда, доцент Університету Тохоку, зазначив, що команда планує об’єднати поточні дані Super-Kamiokande зі спостереженнями наступника цього детектора, значно більшого Hyper-Kamiokande. Спільний аналіз має підвищити чутливість достатньо, щоб перетнути потрібний п’ятисигмовий рубіж.
Понад тридцять років очікування
«Отримати першу у світі вказівку на дифузний нейтринний фон наднових — глибоко значуще досягнення і заповітна мета від самого початку проєкту Super-Kamiokande», — сказав Хіроюкі Секія, спікер колаборації та доцент Токійського університету.
Колаборація об’єднує близько 250 дослідників із 60 університетів та наукових установ. Її попередник, детектор Kamiokande, зареєстрував нейтрино від наднової SN 1987A у Великій Магеллановій Хмарі, й та подія досі залишається єдиним прямим спостереженням нейтрино від конкретного зоряного колапсу.
Тепер фізики стоять на порозі переходу від спостережень поодиноких спалахів до неперервного тла, яке несе в собі історію формування нейтронних зір, чорних дір і повільного хімічного збагачення Всесвіту. Якщо сигнал підтвердиться, астрофізика отримає новий спосіб спостерігати за процесами, які не фіксує жоден наявний телескоп.
