Гігантський детектор IceCube, розташований на Південному полюсі, продовжує збирати дані про найневловиміші елементарні частинки у Всесвіті. Нещодавно вчені повідомили, що знайшли у зібраних ним за останні 10 років даних кілька подій, які можуть бути підтвердженням існування тау-нейтрино.
Пошуки тау-нейтрино
Обсерваторія IceCube — це нейтринний телескоп, що розташовується на Південному полюсі та має об’єм один кубічний кілометр. Нещодавно вона виявила сліди частинки, що раніше не спостерігалася.
У новому дослідженні, яке було прийняте до публікації як пропозиція редакції
журналу Physical Review Letters і доступне на сервері препринтів arXiv, команда IceCube,
до якої входять дослідники з Пенсильванського університету, представила відкриття семи
колись невловимих астрофізичних тау-нейтрино.
Нейтрино — це крихітні субатомні частинки, що слабко взаємодіють між собою і здатні без
перешкод долати астрономічні відстані. Отже, їх можна простежити до джерел, що розкривають таємниці їхнього космічного походження. Ті з них, що мають високу енергію та походять із найвіддаленіших куточків нашої галактики, називаються астрофізичними. Ці космічні посланці бувають трьох різних видів: електронні, мюонні й тау-нейтрино, причому останні надзвичайно важко визначити.
Як працює IceCube
IceCube виявляє нейтрино за допомогою ланцюжків цифрових оптичних модулів (DOM),
загалом 5 160 DOM, вбудованих глибоко в антарктичний лід. Коли частинки взаємодіють
з ядрами, утворюється синє світло, яке реєструється й оцифровується окремими DOM. Це випромінювання утворює характерні візерунки. Один із цих патернів, який називається подвійним каскадом подій, вказує на високоенергетичні взаємодії тау-нейтрино в детекторі.
Попередні аналізи IceCube виявили натяки на ці тонкі підписи, спричинені астрофізичними тау-нейтрино, тож дослідники не втрачали мотивації визначити місцеперебування цих невловимих частинок. Науковці перетворили дані з кожної потенційної події на зображення, а потім навчили згорткові нейронні мережі (CNN).
Це дозволило відрізнити зображення, спричинені тау-нейтрино від решти зафіксованих подій. Після запуску симуляцій, які підтвердили чутливість методу саме до цих частинок, його застосували до 10-річних даних IceCube, отриманих між 2011 і 2020 роками. В результаті було виявлено сім імовірних подій-кандидатів на тау-нейтрино.
Пошуки правильного сигналу
«Виявлення семи подій-кандидатів на тау-нейтрино в даних у поєднанні з дуже низьким
рівнем очікуваного фону дозволяє нам стверджувати, що дуже малоймовірно, що фони вступають у змову, щоб створити сім самозванців тау-нейтрино», — сказав Коуен.
Оскільки тау-нейтрино за спостережуваних енергій можуть вироблятися лише астрофізичними джерелами, їхнє виявлення також є переконливим підтвердженням попереднього відкриття IceCube саме цих частинок.
Коуен додав, що ймовірність того, що фон імітує сигнал, була оцінена як менш ніж 1 до 3,5 мільйонів, що відповідає більш ніж п’ятисигмальній значущості, яка вважається статистичним золотим стандартом для нових відкриттів у фізиці.
Майбутні аналізи включатимуть більше струн IceCube, оскільки в цьому дослідженні
були використані лише три найяскравіші з них. Такий новий аналіз збільшить вибірку тау-
нейтрино, яка потім може бути використана для першого дослідження трьох видів явища,
коли нейтрино змінюють вид так званих нейтринних осциляцій на космологічних
відстанях.
За словами вчених, такий тип дослідження може дати відповіді на такі питання, як механізм виробництва нейтрино з астрофізичних джерел і властивості самого простору, через який подорожують нейтрино.
Наразі немає інструменту, спеціально розробленого для визначення енергії й напрямку
тау-нейтрино, які створюють сигнатури, що спостерігаються в цьому аналізі. Такий
алгоритм можна було б використовувати в реальному часі, щоб краще відрізнити
потенційний сигнал тау-нейтрино від фону і допомогти ідентифікувати потенційні тау-
нейтрино на Південному полюсі.
За матеріалами phys.org
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine
