Российские ученые нашли адрес рождения загадочного нейтрино

Эта работа российских ученых может стать прорывом в физике. Речь идет о самой о разыскиваемой в истории физики элементарной частице - нейтрино. Она подозревается в нарушении почти всех законов физики. От нее ждут ответа на самые главные вопросы об устройстве Вселенной: почему материи в ней больше, чем антиматерии, хотя после Большого взрыва их было поровну? Как возникли галактики?

По мнению ученых, без нейтрино во Вселенной кроме света не было бы ничего, ни материи, ни людей. Ловушки на нее - а это установки стоимостью в многие десятки миллионов долларов - расставлены по всей планете, в том числе, Германии, США, Китае, Японии, Италии, России. Но нейтрино попадает в сети очень редко, удачи можно ждать годами. Дело в том, что для нее почти вся материя прозрачна, говоря образно, она избегает любых контактов, а потому пролетает через Вселенную, никак себя не проявив. Но время от времени одна частица случайно взаимодействует с другой, и специализированные детекторы могут уловить этот сигнал. Но чтобы защитить детекторы от внешних помех, их обычно строят глубоко под землей, под водой или под ледяными покровами. Сегодня наука научилась обнаруживать следы нейтрино по косвенным уликам, что позволило раскрыть какие-то из ее тайн. За одну из них в 2015 году была присуждена Нобелевская премия. Но загадок у этой частицы осталось куда больше. Одну из них удалось раскрыть ученым из ФИАН, МФТИ и Института ядерных исследований РАН.

- Мы искали ответ на вопрос: где и как рождаются нейтрино высоких энергий, - рассказал корреспонденту "РГ" один из авторов исследования член-корреспондент РАН Юрий Ковалев. - Над этим давно бьются ученые всего мира. Интерес очевиден. Дело в том, что такие суперэнергичные нейтрино рождаются с участием протонов только при одном условии: протоны должны быть разогнаны почти до скорости света. Это очень непросто, ведь масса протона примерно в 2000 раз больше, чем у электрона. На Земле для такого разгона строят гигантские ускорители.

А как их разгоняют в космосе? Теоретики давно назвали один из предполагаемых адресов: это квазары - галактики со сверхмассивными черными дырами в центре. Когда материя падает к черной дыре, протоны могут ускоряться почти до скорости света и выбрасываться в космос. Часть из них превратится в энергичные нейтрино. Теоретики дали одну наводку для поиска нейтрино - гамма-лучи, которые должны рождаться вместе с нейтрино.

Поиском связи нейтрино и гамма-излучения наука, по словам Ковалева, занималась много лет. И в 2018 году было объявлено об удаче: были зарегистрированы одновременная вспышка в гамма и приход нейтрино от одного квазара. Этот, единственный за много лет, результат вызвал огромный интерес, опубликованы статьи в самых престижных журналах, созвана большая пресс-конференция национального научного фонда США. Но многие авторитетные ученые встретили эту сенсацию скептически. Говорили, что единственное событие по единственному квазару за 10 лет надо подтверждать новыми доказательствами. Вдруг это случайное совпадение? Время шло, а они так и не появились.

Такова была ситуация к моменту, когда российские ученые начали проводить свое исследование. Была выдвинута новая гипотеза: искать связь нейтрино не с гамма-лучами, а с радиоизлучением квазаров. Для ее подтверждения ученые использовали данные из IceCube, американской нейтринной обсерватории, погребенной под двумя километрами льда в Антарктиде. Моменты регистрации нейтрино ученые сравнили с данными о положениях и вспышках радиоизлучения квазаров, полученных с помощью радиотелескопов по всему миру и российского РАТАН-600 Специальной Астрофизической Обсерватории в Карачаево-Черкессии.

- И они совпали, - говорит Ковалев. - Когда регистрируем нейтрино, то видим и вспышку радиоизлучения от квазара, наблюдаемого в том же направлении. Все красиво сошлось. Вероятность того, что совпадение случайно, составляет всего 0,2%. Теперь этот результат требует подробного теоретического анализа.

Это открытие заложило фундамент для того, чтобы понять, как рождаются нейтрино в центре квазаров и как там ускоряются протоны. Ученые будут использовать в будущем не только американскую обсерваторию, но и наш нейтринный телескоп БАЙКАЛ.

Исследование опубликовано в Astrophysical Journal.