KM3NeT
KM3NeT — нейтринный телескоп в Средиземном море. Вместо того чтобы строить детектор, он использует само море: световые датчики висят на тросах в воде и ждут, когда нейтрино вызовет в глубине вспышку света.
Проект является европейским аналогом IceCube на Южном полюсе.
Две установки, две задачи
KM3NeT состоит из двух частей с разным назначением — та же техника, только с другими расстояниями между датчиками.
ARCA лежит примерно в ста километрах от Сицилии на глубине около 3 500 метров. Тросы стоят далеко друг от друга, чтобы просматривался как можно больший объём. ARCA ищет нейтрино из космоса — из активных ядер галактик, остатков сверхновых и других космических ускорителей. Это нейтринная астрономия.
ORCA лежит перед Тулоном на глубине около 2 450 метров. Здесь датчики стоят близко друг к другу, чтобы улавливать и нейтрино меньшей энергии. ORCA измеряет атмосферные нейтрино, прошедшие сквозь Землю, и определяет по ним через эффект MSW порядок масс нейтрино.
Из одной и той же конструкции возникают таким образом две совершенно разные исследовательские программы.
Почему море
Морская вода прозрачна, глубока и имеется бесплатно. Водяной столб над установкой задерживает бо́льшую часть космических мюонов, которые иначе перекрыли бы любой сигнал.
У этого метода есть и недостатки. Морская вода содержит калий-40, который радиоактивен и при этом светится. А в глубоководье живут организмы, испускающие биолюминесценцию. И то и другое создаёт постоянный фон, который приходится вычитать.
Зато вода оптически прозрачнее льда и меньше рассеивает свет. Антарктический лёд содержит границы зёрен и пылевые слои из прошлых климатических эпох, на которых свет меняет направление. Поэтому KM3NeT определяет направление частицы точнее, чем IceCube — что решающе для отнесения её к источнику на небе.
Устройство датчиков
Световые датчики размещены в стеклянных шарах диаметром около 43 сантиметров, которые выдерживают давление глубоководья. Каждый содержит 31 маленький фотоумножитель вместо одного большого.
Такая конструкция — особенность KM3NeT, и у неё есть вполне осязаемая причина: уже по одному-единственному шару можно прочесть, с какого направления пришёл свет, потому что трубки смотрят в разные стороны. Кроме того, настоящий сигнал частицы, попадающий одновременно в несколько трубок, ясно отличается от шума одной-единственной.
Тросы доставляют на морское дно свёрнутыми, и там они разворачиваются сами — приём, избавляющий от применения подводных аппаратов.
Необычайное событие
В феврале 2025 года коллаборация сообщила в Nature о событии от 13 февраля 2023 года, записанном в детекторе ARCA.
Мюон пересёк установку почти горизонтально и с чрезвычайной яркостью. Оценённая энергия породившего его нейтрино лежит в области примерно 220 петаэлектронвольт — самое энергичное нейтрино из когда-либо наблюдавшихся, более чем на порядок величины выше того, что IceCube видел до тех пор.
Откуда оно происходит, остаётся открытым. Возможны крайне энергичный космический ускоритель или так называемое космогенное нейтрино, возникающее, когда космическое излучение сталкивается с микроволновым фоновым излучением.
Примечательно, что единственное событие такого рода вообще несёт на себе публикацию в Nature. Это показывает, насколько скудны ещё данные при самых высоких энергиях.
Состояние
Обе установки достраиваются поэтапно и при этом уже ведут измерения. У такой конструкции есть преимущество: каждый дополнительно закреплённый трос увеличивает детектор, и работу при этом прерывать не приходится.
Связанные понятия
- IceCube — аналог во льду
- Нейтринная астрономия — область исследований
- Атмосферные нейтрино — источник для ORCA
- Излучение Черенкова — принцип регистрации
Источники
- Коллаборация KM3NeT: Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT, Nature 638, 376 (2025).
- Коллаборация KM3NeT: Letter of Intent for KM3NeT 2.0, Journal of Physics G 43, 084001 (2016).