3500 metrų gylyje – kosminės katastrofos pėdsakas. „Pirmą kartą tai matome!“ Kalba visas pasaulis

Viduržemio jūros gelmės slepia kur kas daugiau nei tik laivų nuolaužas ir povandeninius kanjonus. Absoliučioje tamsoje, 3500 metrų po vandens paviršiumi, mokslininkai atlieka vieną neįprastesnių eksperimentų mokslo istorijoje. Būtent čia, sąlygose, primenančiose svetimą planetą, buvo užfiksuotas reiškinys, galintis pakeisti mūsų Visatos suvokimą. Nors detalės vis dar laikomos paslaptimi, jau žinoma, kad tyrėjai užregistravo energingiausią neutrino dalelę mokslo istorijoje. Ši nelengvai pagauta dalelė, atskridusi iš tolimiausių kosmoso kampelių, galėjo susidaryti dėl galingo sprogimo kur nors tarpgalaktinėje erdvėje.

Povandeninė laboratorija Sicilijoje – ekstremalios sąlygos tiksliems matavimams

ARCA observatorija yra didesnio KM3NeT projekto dalis, kuris naudoja giliavandenes jūrų savybes kaip idealias sąlygas dalelių detekcijai. 3500 metrų gylyje veikia 348 atmosferų slėgis, sukuriantis ypatingai sudėtingas sąlygas matavimo įrangai. Paradoksalu, tačiau šios ekstremalios sąlygos puikiai tinka tyrimų tikslumui užtikrinti. Gelmės efektyviai izoliuoja detektorius nuo elektromagnetinių trikdžių, atsirandančių paviršiuje.

Detekcijos sistema susideda iš vertikalių, 700 metrų ilgio linijų, su klasteriais jutiklių, primenančių dirbtines akis. Šis tarptautinis tyrimų projektas atspindi Europos ambicijas neutrinų astrofizikos srityje ir konkuruoja su panašiomis instaliacijomis visame pasaulyje. Neutrinų detekcija grindžiama Čerenkovo spinduliavimo stebėjimu – būdingo mėlyno švytėjimo, kuris atsiranda, kai dalelės juda greičiau už šviesos greitį vandenyje. Šis reiškinys pirmą kartą buvo užfiksuotas 1934 m. sovietų fiziko Pavelo Čerenkovo.

Svarbu suprasti šio proceso mechanizmą. Šviesos greitis vakuume yra 300 000 km/s, tačiau vandenyje sumažėja iki maždaug 200 000 km/s. Dalelė turi turėti 175 kiloelektronvoltų energiją, kad viršytų šį greitį vandenyje ir sukurtų būdingą švytėjimą. Pavelas Čerenkovas, kartu su Ilja Michailovičiumi Franku ir Igoru Jevgenevičiumi Tammu, 1958 m. gavo Nobelio premiją fizikos srityje už šio reiškinio paaiškinimą, dažnai lyginamą su smūgine banga, atsirandančia viršijant garso greitį.

Rekordinės energijos neutrinas – kosminės katastrofos pėdsakas

ARCA sistema naudoja pažangią technologiją, pašalinančią tris dalelių triukšmo sluoksnius. Pirmasis sluoksnis apima natūralų optinį triukšmą, daugiausia atsirandantį dėl radioaktyvaus kalio-40 izotopo skilimo. Antrasis – kosminius spindulius, bombarduojančius Žemės atmosferą. Trečiasis – atmosferinius neutrinus, susidarančius mūsų atmosferoje. Pagrindinė inovacija – ketvirtasis detekcijos sluoksnis, ignoruojantis visus ankstesnius trikdžius ir sutelkiantis dėmesį tik į signalų stiprinimą iš tolimų energingų kosminių šaltinių.

2024 m. Neutrino konferencijoje Milane tyrėjas Joao A. B. Coelho pristatė šį proveržį, vis dėlto atsargiai neatskleisdamas techninių detalių. Kaip šį neįprastą įvykį apibūdino fizikas Francis Halzen iš Viskonsino-Madisono universiteto, tai buvo „fantastiškas atradimas“. Skirtingai nei „ramūs“ Žemės atmosferoje susidarantys neutrinai, ši dalelė greičiausiai kilo iš katastrofiško sprogimo tolimame kosmose. Mokslininkai tyčia slepia tikslų detekcijos laiką ir kryptį, kad kitos tyrimų komandos negalėtų sekti kosminio šaltinio prieš paskelbiant ARCA projekto rezultatus.

Naujos galimybės Visatos tyrinėjimams

Šis atradimas atveria naujas perspektyvas neutrinų astrofizikoje. Vandenynų gelmės tampa unikaliu Visatos langu, leidžiančiu identifikuoti energingiausių kosminių reiškinių šaltinius. Kadangi neutrinai beveik nesąveikauja su materija, jie gali nešti informaciją iš vietų, neprieinamų tradicinei optinei astronomijai.

ARCA observatorija įrodo, kad ateities kosmoso tyrinėjimai gali priklausyti ne tik nuo teleskopų, nukreiptų į žvaigždes, bet ir nuo pažangių detektorių, paslėptų giliausiuose mūsų planetos kampeliuose. Kiekvienas užfiksuotas ekstremalios energijos neutrinas gali būti raktas į labiausiai smarkius procesus Visatoje suprasti.