Гигантский детектор IceCube, расположенный на Южном полюсе, продолжает собирать данные о самых неуловимых элементарных частицах во Вселенной. Недавно ученые сообщили, что нашли в собранных им за последние 10 лет данных несколько событий, которые могут быть подтверждением существования тау-нейтрино.
Поиски тау-нейтрино
Обсерватория IceCube — это нейтринный телескоп, который располагается на Южном полюсе и имеет объем один кубический километр. Недавно она обнаружила следы частицы, которая ранее не наблюдалась.
В новом исследовании, которое было принято к публикации в качестве предложения редакции журнала Physical Review Letters и доступно на сервере препринтов arXiv, команда IceCube,
в которую входят исследователи из Пенсильванского университета, представила открытие семи
некогда неуловимых астрофизических тау-нейтрино.
Нейтрино — это крошечные субатомные частицы, слабо взаимодействующие между собой и способные без препятствий преодолевать астрономические расстояния. Таким образом, их можно проследить до источников, раскрывающих тайны их космического происхождения. Те из них, которые имеют высокую энергию и происходят из самых отдаленных уголков нашей галактики, называются астрофизическими. Эти космические посланцы бывают трех разных видов: электронные, мюонные и тау-нейтрино, причем последние чрезвычайно трудно
определить.
Как работает IceCube
IceCube обнаруживает нейтрино с помощью цепочек цифровых оптических модулей (DOM),
всего 5 160 DOM, встроенных глубоко в антарктический лед. Когда частицы взаимодействуют
с ядрами, образуется синий свет, который регистрируется и оцифровывается отдельными DOM. Это излучение образует характерные узоры. Один из этих паттернов, который называется двойным каскадом событий, указывает на высокоэнергетические взаимодействия тау-нейтрино в детекторе.
Предыдущие анализы IceCube обнаружили намеки на эти тонкие подписи, вызванные
астрофизическими тау-нейтрино, поэтому исследователи не теряли мотивации определить
местонахождение этих неуловимых частиц. Ученые преобразовали данные с каждого
потенциального события в изображение, а затем обучили сверточные нейронные сети
(CNN).
Это позволило исследователям отличить изображения, вызванные тау-нейтрино от остальных зафиксированных событий. После запуска симуляций, которые подтвердили чувствительность метода именно к этим частицам, он был применен к 10-летним данным IceCube, полученным между 2011 и 2020 годами. В результате было обнаружено семь вероятных событий-кандидатов на тау-нейтрино.
Поиски правильного сигнала
«Обнаружение семи событий-кандидатов на тау-нейтрино в данных в сочетании с очень низким
уровнем ожидаемого фона позволяет нам утверждать, что очень маловероятно, что фоны вступают в сговор, чтобы создать семь самозванцев тау-нейтрино», — сказал Коуэн.
Поскольку тау-нейтрино при наблюдаемых энергиях могут вырабатываться лишь
астрофизическими источниками, их обнаружение также является убедительным подтверждением
предыдущего открытия IceCube именно этих частиц.
Коуэн добавил, что вероятность того, что фон имитирует сигнал, была оценена как менее чем 1 к 3,5 миллионам, что соответствует более чем пятисигмальной значимости, которая считается статистическим золотым стандартом для новых открытий в физике.
Будущие анализы будут включать больше струн IceCube, поскольку в этом исследовании
были использованы только три самые яркие из них. Такой новый анализ увеличит выборку тау-
нейтрино, которая затем может быть использована для первого исследования трех видов явления,
когда нейтрино меняют вид так называемых нейтринных осцилляций на космологических
расстояниях.
По словам ученых, такой тип исследования может дать ответы на такие вопросы, как механизм производства нейтрино из астрофизических источников и свойства самого пространства, через которое путешествуют нейтрино.
Пока нет инструмента, специально разработанного для определения энергии и направления
тау-нейтрино, которые создают сигнатуры, наблюдаемые в этом анализе. Такой
алгоритм можно было бы использовать в реальном времени, чтобы лучше отличить
потенциальный сигнал тау-нейтрино от фона и помочь идентифицировать потенциальные тау-
нейтрино на Южном полюсе.
По материалам phys.org
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
