Хуан Карлос Диас Велес из коллаборации IceCube объясняет, почему охота на нейтрино — это поиск иголки в стоге сена, только стог размером с кубический километр.
Нейтрино — это, пожалуй, самая неуловимая частица во Вселенной. У неё почти нет массы, нет электрического заряда, и она проходит сквозь планеты, звёзды и вас лично, даже не заметив. Именно поэтому для охоты на нейтрино приходится строить детектор размером с кубический километр. И не где-нибудь, а во льдах Антарктиды.
Что такое IceCube и зачем он нужен
IceCube — это нейтринная обсерватория, которая представляет собой массив оптических сенсоров, вмороженных в антарктический лёд. Управляет этим хозяйством международная группа учёных — коллаборация IceCube. Детектор расположен рядом со станцией Амундсен — Скотт на Южном полюсе и уходит вглубь примерно на 2,5 километра.
Внутри — 5160 цифровых оптических модулей, каждый с десятидюймовым фотоэлектронным умножителем и электроникой. Модули закреплены на вертикальных «нитях», вмороженных в 86 скважин. Расстояние между ними — 125 метров, глубина — от 1450 до 2450 метров. Восемь центральных нитей расположены плотнее — это поддетектор DeepCore, который снижает порог энергии до примерно 10 ГэВ и открывает возможность изучать нейтринные осцилляции.
На поверхности расположен IceTop — 81 станция с двумя баками и модулями в каждом. Он работает как вето-детектор и калибратор, а заодно ловит воздушные ливни от космических лучей в диапазоне от 300 ТэВ до 1 ЭэВ.
Нейтрино это в физике — что именно мы ищем
Нейтрино — почти безмассовые частицы без электрического заряда. Они могут путешествовать от источника до Земли практически без ослабления и без отклонения магнитными полями. Именно поэтому они считаются уникальными «посланцами» из самых бурных уголков Вселенной.
Как объясняет Хуан Карлос Диас Велес, учёный из центра WIPAC при Университете Висконсин — Мэдисон и координатор данных коллаборации IceCube: «Обнаружение нейтрино — это как поиск иголки в стоге сена». И это ещё мягко сказано: масштаб детектора намекает на масштаб задачи.
Нейтрино не наблюдают напрямую. Когда частица всё-таки взаимодействует со льдом, она рождает электрически заряженные вторичные частицы. Те, двигаясь сквозь лёд быстрее света в этой среде, испускают черенковское излучение. Сенсоры IceCube собирают этот свет, оцифровывают и ставят временные метки. Затем данные уходят на компьютеры в лаборатории на поверхности, где из сообщений отдельных модулей складываются световые картины, раскрывающие направление и энергию мюонов и нейтрино.
Существование нейтрино и путь к гигатонному детектору
История охоты на нейтрино насчитывает десятилетия. В середине 1990-х в Антарктиде построили AMANDA — предшественника IceCube, который доказал, что исключительно чистый антарктический лёд подходит для регистрации энергичных нейтрино. IceCube, первый в мире гигатонный нейтринный детектор, завершили в декабре 2010 года — всего через шесть лет после установки первой нити на Южном полюсе.
IceCube — это не только телескоп для нейтрино сверхвысоких энергий, но и инструмент для изучения космических лучей — самых высокоэнергичных частиц, когда-либо наблюдаемых, с энергиями более чем в миллион раз выше, чем у современных ускорителей на Земле.
В 2026 году обсерватория продолжает работу: 30 сентября IceCube зафиксировала кандидатное событие с высокоэнергичным нейтрино и разослала оповещение международному сообществу. Такие алерты помогают астрономам наводить телескопы на интересные области неба, чтобы поймать космическое явление в момент его разгара.