Подводный нейтринный телескоп KM3NeT в Средиземном море зарегистрировал нейтрино рекордной энергии — более 100 петаэлектронвольт, а одно из событий достигло примерно 220 ПэВ. Это один из самых энергичных нейтрино, когда-либо пойманных. Однако наблюдение вызвало серьёзные вопросы: почему аналогичный детектор IceCube в Антарктиде за гораздо более долгий срок не увидел ничего похожего? Физики из Университета штата Оклахома предложили объяснение, которое, если подтвердится, станет первым прямым намёком на новую физику за пределами Стандартной модели. Работа опубликована в Physical Review Letters.

Почему это событие такое странное

Нейтрино — почти невесомые, электрически нейтральные частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом. Они свободно проходят сквозь Землю, звёзды и целые галактики, неся информацию о самых мощных космических процессах: взрывах сверхновых, активных ядрах галактик, гамма-всплесках.

KM3NeT поймал сверхэнергетическое нейтрино, которое прошло около 150 км через толщу Земли — горные породы и морскую воду. За это же время IceCube, расположенный во льдах Антарктиды, не зарегистрировал ни одного события сопоставимой энергии, хотя наблюдает гораздо дольше.

Разница в длине пути — всего 14 км льда против 150 км породы и воды — показалась ключевой. Авторы работы предположили, что здесь замешаны так называемые стерильные нейтрино — гипотетические частицы, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом и пока не входят в Стандартную модель.

Стерильные нейтрино и осцилляции в толще Земли

Стерильные нейтрино могут превращаться в обычные («активные») нейтрино во время прохождения через вещество — это связано с квантовым эффектом нейтринных осцилляций. В случае KM3NeT длинный путь через плотную материю мог усилить такое превращение, и телескоп зарегистрировал больше сверхэнергетических событий, чем IceCube.

«Отсутствие аналогичных событий в IceCube может уже указывать на существование новой физики при экстремально высоких энергиях», — считают авторы.

Если гипотеза верна, то стерильные нейтрино (или другие новые частицы) начинают играть заметную роль именно на энергиях выше 100 ПэВ — там, где Стандартная модель предсказывает гораздо меньше событий.

Что дальше

Пока это только гипотеза, но она объясняет расхождение между двумя крупнейшими нейтринными детекторами. Учёные планируют продолжить анализ всех сверхэнергетических событий KM3NeT и проверить, подтверждают ли новые данные наличие стерильных нейтрино или других отклонений от Стандартной модели.

Если эффект подтвердится, это станет первым экспериментальным намёком на новую физику в области сверхвысоких энергий — и одним из самых важных открытий в нейтринной астрономии за последние годы.

Вкратце

Подводный телескоп KM3NeT поймал нейтрино рекордной энергии (до ~220 ПэВ), но IceCube за гораздо более долгий срок ничего подобного не увидел. Физики объясняют это возможным превращением стерильных нейтрино в обычные при прохождении через толщу Земли — процесс, который усиливается на длинных путях. Если гипотеза подтвердится, это станет первым прямым свидетельством новой физики за пределами Стандартной модели. Работа опубликована в Physical Review Letters.