Dwa lata temu Ziemia została uderzona przez najbardziej energetyczne neutrino w historii. Do tej pory naukowcy nie byli pewni, czy nie była to pomyłka pomiarowa. Badania potwierdzają, że wykrycie tak zwanej „cząstki-ducha” było prawdziwe.
Kilka lat temu podwodny detektor cząstek kosmicznych zarejestrował przybycie neutrina o energii 20–30 razy większej niż jakiegokolwiek innego neutrina odnotowanego w historii. Z energią obliczoną na 220 petaelektronowoltów (PeV), gdzie średnia wartość wynosi około 10 PvE, odkrycie to pobiło wszystkie rekordy i wzbudziło emocje wśród większości społeczności. Wywołało również wiele wątpliwości co do jego natury.
Dla fizyków cząstek elementarnych istnienie tak anomalnego neutrina można wyjaśnić tylko na dwa sposoby: jest to dowód na istnienie nigdy wcześniej nieobserwowanego procesu kosmicznego, który może zmienić nasze wyobrażenie o neutrinach, albo jest to rozczarowujący błąd pomiarowy. Nauka mówi, że nie powinniśmy się spieszyć z rozwiązaniem zagadki cząstek o minimalnej masie, które przenikają materię bez jej zmiany, tzw. „cząstek fantomowych”. Uzyskanie odpowiedzi, jakakolwiek by ona nie była, jest trudniejsze niż się wydaje.
Chociaż górna granica masy neutrina została już wcześniej obliczona, eksperyment KATRIN osiągnął wynik na podstawie bezpośrednich obserwacji.
Wyczerpujące badanie opublikowane w czasopiśmie Physical Review X porównało ten jedyny zapis neutrina zarejestrowany przez teleskop KM3NeT/ARCA z innymi bazami danych naukowymi zawierającymi informacje o wykrytych dotychczas cząstkach fantomowych (oznaczonych jako KM3-230213A). Nikt wcześniej nie widział czegoś podobnego, ale na podstawie dostępnych danych można stwierdzić, że to niezwykłe, ultraenergetyczne neutrino nie było statystyczną iluzją.
WIDETak jak skała nie może opisać natury góry, tak samo neutrino o energii 220 PeV nie może być przydatne do zdefiniowania zjawiska, które je wywołało. W dokumencie przyznano, że dostępne informacje nie są wystarczające, aby „wyciągnąć jednoznaczne wnioski, czy obserwacja sugeruje obecność nowego składnika energii o ultra wysokiej energii w spektrum”.
Neutrina kosmiczne: najlepszy scenariusz
Gdyby pojawiło się więcej podobnych zapisów, nauka o neutrinach zrobiłaby znaczny postęp, twierdzą naukowcy. „Może to oznaczać, że po raz pierwszy obserwujemy neutrina kosmiczne, powstałe w wyniku interakcji promieni kosmicznych z mikrofalowym promieniowaniem tła, lub może wskazywać na nowy rodzaj źródła astrofizycznego” – czytamy w badaniu.
Zakres energii neutrina z 2023 r. kojarzy się z kosmicznymi akceleratorami cząstek, takimi jak aktywne jądra galaktyk, wybuchy supernowych, relatywistyczne strumienie czarnych dziur lub wybuchy promieniowania gamma. Natomiast klasyczne sygnatury odbierane przez obserwatoria cząstek wskazują na neutrina atmosferyczne, powstające w wyniku zderzenia promieni kosmicznych z atomami atmosfery, które docierają do Ziemi. Są to cząstki technicznie identyczne, ale ich pochodzenie ma wpływ na ich energię.
„Wzorce światła wykryte dla KM3-230213A wykazują wyraźną zgodność z oczekiwaniami dla cząstki relatywistycznej przecinającej detektor, prawdopodobnie mionu, co wyklucza możliwość błędu” – stwierdziła kolaboracja KM3NeT w oświadczeniu przekazanym serwisowi ScienceAlert. „Dzięki odtworzonej energii i kierunkowi ruchu tej muonowej cząstki najbardziej prawdopodobnym scenariuszem jest, że powstała ona w wyniku oddziaływania astrofizycznego neutrina w pobliżu detektora, co stanowi najbardziej naturalne wyjaśnienie”.
Różne dziedziny nauki wykorzystują i badają neutrina z różnych powodów. Jednym z głównych jest to, że przemieszczają się one przez wszechświat bez odchylania się od kursu i bez pochłaniania, dzięki czemu mogą dostarczać cennych informacji o bardzo odległych wydarzeniach kosmicznych. Niektórzy naukowcy uważają je za „reporterów wszechświata”, którzy od czasu do czasu docierają na Ziemię z danymi, których nie można uzyskać w inny sposób.
