Presuda je donesena. Otkrivanje kosmičkog neutrina koji je udario u Zemlju s dosad nezabilježenim nivoom energije nije greška ili kvar, već stvarno otkriće stvarne čestice.
U februaru 2023. detektor nazvan KM3NeT, smješten duboko ispod površine Sredozemnog mora, zabilježio je signal koji je ukazivao na neutrin s rekordnom energijom od 220 petaelektronvolti (PeV). Za poređenje, prethodni rekord iznosio je tek 10 PeV.
Sada iscrpna analiza svih podataka o događaju označenom kao KM3-230213A ne samo da potvrđuje zaključak da je signal uzrokovan neutrinom od 220 PeV, već i produbljuje misteriju o tome odakle je u svemiru stigao.
"Obrasci svjetlosti detektirani za KM3-230213A jasno odgovaraju onome što se očekuje od relativističke čestice koja prolazi kroz detektor, najvjerovatnije miona, čime se isključuje mogućnost kvara“, saopćila je KM3NeT kolaboracija za ScienceAlert.
„Zahvaljujući rekonstruisanoj energiji i smjeru ovog miona, najvjerovatniji scenario je da je mion nastao interakcijom astrofizičkog neutrina u blizini detektora, što je najprirodnije objašnjenje.“
Neutrini su zapanjujuće česti u svemiru – među najrasprostranjenijim česticama, nastalim u izuzetno energičnim procesima poput fuzije u zvijezdama ili eksplozija supernova. Nemaju električni naboj, njihova masa je gotovo nula i jedva da stupaju u interakciju s drugim česticama.
Stotine milijardi neutrina upravo sada prolazi kroz vaše tijelo, poput duhova – zbog čega ih često zovu „čestice duhovi“.
Ova „povučenost“ čini ih gotovo nemogućim za otkrivanje. Ipak, povremeno neutrin udari u neku drugu česticu, stvarajući mali pljusak sekundarnih čestica poput miona i fotona – čestica svjetlosti. To proizvodi vrlo slabo svjetlucanje koje pravi detektor može registrirati.
KM3NeT je upravo takav niz detektora. Potopljen je 3.450 metara ispod površine okeana, na dubini do koje ne dopire sunčeva svjetlost. U takvom potpunom mraku, neutrinski događaji svijetle poput sitnih svjetionika.
Tako je došlo do otkrivanja KM3-230213A, ali pošto drugi detektori, koji rade mnogo duže, nikada nisu zabilježili ovako visoku energiju, postojala je doza sumnje.
„S obzirom na to da drugi eksperimenti, posebno IceCube i Auger, rade više od decenije i ranije su tragali za neutrinima ultra-visoke energije, ali ih nisu otkrili, istražili smo vjerovatnoću da je neutrin detektovan u KM3NeT-u prvi takav neutrin koji je ikada uočen“, objasnila je kolaboracija KM3NeT.
„Otkrili smo da, iako je vjerovatnoća mala – otprilike 1 prema 100 – moguće je da je jedini takav događaj viđen u KM3NeT-u, a ne u IceCube-u ili Pierre Augeru; stoga se mjerenja međusobno ne isključuju.“
Naučnici su također proučili kako se KM3-230213A uklapa u širu sliku o neutrinima – koliko ih ima u svemiru i kako su im raspoređene energije. Dodavanje neutrina od 220 PeV rezultira konzistentnijim predviđanjima ponašanja neutrina.
Najzanimljivije, rad je istražio da li KM3-230213A sugerira postojanje nove komponente ili procesa koji proizvodi neutrine ultra-visoke energije, u poređenju s relativno poznatim procesima koji stvaraju većinu dosad detektovanih neutrina.
„Ovo je važno jer se očekuje da bi se takva nova komponenta mogla pojaviti na ultra-visokim energijama zbog ‘kozmičkih neutrina’, koji nastaju interakcijom kosmičkih zraka s kosmičkom mikrovalnom pozadinom – prvom zabilježenom svjetlošću svemira, emitovanom prije oko 13,8 milijardi godina“, navela je kolaboracija.
„Alternativno, nova komponenta bi mogla poticati od nove populacije astrofizičkih objekata koji emituju neutrine ultra-visoke energije.“
Analiza ipak nije mogla potvrditi postoji li nova komponenta ili ne. Mogući izvori neutrina i dalje uključuju izbacivanje iz ekstremnog okruženja galaktičkog centra, gama-bljeskove koje emitiraju eksplodirajuće zvijezde ili interakciju s kosmičkom mikrovalnom pozadinom.
Naučnici ipak smatraju vrlo malo vjerovatnim da je neutrin nastao unutar naše galaksije Mliječni put. Dakle, odakle god da je došao, KM3-230213A rođen je negdje ekstremno i veoma daleko. Trenutno se radi na preciznijem utvrđivanju njegove putanje kako bi se približilo mjestu porijekla.
„KM3-230213A otvorio je novi prozor u astronomiju neutrina ultra-visoke energije“, poručila je kolaboracija.
„Naša analiza je prvi pokušaj da se objedine opažanja više teleskopa u širokom energetskom rasponu kako bi se okarakterisao spektar ultra-visokih energija. Ovo predstavlja našu najbolju priliku da steknemo znanje o najekstremnijim objektima koji nastanjuju naš svemir.“