Детектор, расположенный глубоко во льду Антарктиды, зафиксировал первые экспериментальные свидетельства предсказанного, но ранее не наблюдавшегося явления: радиоимпульсов, генерируемых высокоэнергетическими космическими лучами, которые сталкиваются с ледяным покровом и вызывают каскады частиц внутри него. В результатах, опубликованных в журнале Physical Review Letters , астрономы из коллаборации Askaryan Radio Array (ARA) подтвердили ключевой метод, который, как они надеются, в конечном итоге позволит им обнаруживать одни из самых редких и энергичных частиц во Вселенной.
Вспышки на льду
В 1962 году советский физик Гурген Аскарян предсказал, что высокоэнергетические частицы, проходящие через плотное вещество, должны вызывать характерный всплеск радиоволн. Когда такая частица сталкивается с атомом, она запускает каскад вторичных частиц, которые захватывают электроны из окружающего вещества, создавая отрицательно заряженный фронт излучения, работающий на радиочастотах.
Это «аскарианское излучение» впоследствии было подтверждено в лабораторных экспериментах и обнаружено в воздухе, но наблюдение за ним во льду оказалось гораздо более сложной задачей. Отчасти это связано с трудностями различения подлинных сигналов от многочисленных источников радиошума в полярных условиях, а отчасти с тем, что модели, необходимые для моделирования этого эффекта во льду, лишь недавно стали достаточно сложными, чтобы сделать возможным такой строгий анализ.
Радиотелескоп Аскаряна (АРА), расположенный недалеко от Южного полюса, спроектирован именно с учетом этой задачи. Он состоит из пяти станций, каждая из которых оборудована радиоантеннами, заглубленными на 150-200 метров в каналы, прорубленные во льду, и занимает площадь примерно в 2 километра в ширину.
Соответствие ожиданиям
В ходе 208-дневной кампании наблюдений в 2019 году группа ARA зафиксировала 13 аномальных событий: импульсные радиосигналы, поступающие из-под поверхности льда, происхождение которых первоначально было неясно. Используя недавно появившиеся инструменты моделирования, исследователи приступили к определению того, были ли эти события подлинными сигналами Аскаряна или результатом фоновых помех от таких источников, как радары самолётов или радиосвязь с расположенной неподалеку станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе.
Анализ показал, что характеристики сигналов (направления их прихода, частотный состав, форма волны и ориентация электрических полей) полностью соответствуют предсказаниям для излучения Аскаряна, производимого космическими лучами, попадающими на лёд. Вероятность того, что все 13 событий можно объяснить только фоновым шумом, составила менее одного случая на 3,5 миллиона, что соответствует статистической значимости 5,1 сигма — значительно выше порога, обычно необходимого для заявления об открытии.
Поиск нейтрино
Группа исследователей пришла к выводу, что сигналы были вызваны плотными ядрами почти вертикально распространяющихся ливней космических лучей, проникающих в верхние несколько метров льда и генерирующих распространяющиеся вниз каскады частиц. Это открытие имеет непосредственное значение для основной задачи детектора: поиска сверхвысокоэнергетических космических нейтрино.
Поскольку сигналы, вызванные нейтрино во льду, выглядят почти идентично сигналам от космических лучей, этот результат подтверждает, что детектор работает должным образом. Ключ к различению этих двух явлений кроется в геометрии: космические лучи могут достигать только неглубокого слоя льда, в то время как нейтрино могут проникать глубоко, создавая сигналы под более крутым углом.
В связи с ожидаемой в ближайшее время публикацией новых данных, охватывающих все пять станций ARA за несколько лет, команда ARA теперь предполагает наличие до семи потенциальных нейтринных событий.
Ведёт расследования о коррупции в любых эшелонах власти
