Космический шёпот из-под льда: как физикам удаётся слушать эхо далёких катастроф из Антарктиды

Антарктический лед скрывает в себе не только палеонтологические тайны, но и радиоэхо далеких космических катастроф. Физики научились "слышать" частицы, преодолевшие миллиарды световых лет, превращая толщу замороженной воды в гигантскую антенну.

Фото: Designed by Freepik by wirestock, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Антарктида

Космический шепот в толще льда

В 1962 году Гурген Аскарьян предсказал эффект, который сегодня назван его именем. Суть проста: высокоэнергетическая частица влетает в плотную среду, например в лед. При столкновении с атомами рождается каскад вторичных частиц. Они "крадут" электроны у среды, создавая летящий вперед отрицательный заряд. Этот электромагнитный всплеск — настоящий физический феномен, который можно перехватить в радиодиапазоне. Физика процесса напоминает ударную волну, только электрическую.

"Этот эффект критически важен для глубокого понимания частиц, прилетающих из экстремальных ускорителей космоса", — объяснил в беседе с Pravda.Ru ученый-физик Дмитрий Лапшин.

Как работает детектор ARA

Установка Askaryan Radio Array (ARA) — это пять станций, разбросанных на двух квадратных километрах в Антарктиде. Антенны опущены на глубину до двухсот метров. Главная сложность — отличить "голос" космоса от помех человеческих раций или NASA-технологий на станции Амундсен-Скотт. Радиошум здесь вездесущ.

Исследователи провели 208-дневный цикл наблюдений, выловив 13 аномальных импульсов. Каждый такой сигнал — результат работы плотных ядер космических лучей, атаковавших верхний слой льда. Чтобы не перепутать их с кибер-ошибками или радарами самолетов, понадобилось сложное моделирование.

"Геометрическая разница — ключ к истине. Космические лучи "стучат" по поверхности, а нейтрино прошивают лед насквозь", — отметила в беседе с Pravda. Ru специалист по реагированию на инциденты Анна Климова.

Математика против радиошума

Статистическая значимость открытия составила 5,1 сигма. Шанс ошибки — один на 3,5 миллиона случаев. Это научный стандарт "железобетонной" достоверности. Итог: детектор подтвердил свою работоспособность, приготовившись к охоте за сверхвысокоэнергетическими нейтрино. Эти частицы — редкие гости, приходящие из эпицентров взрывов сверхновых или черных дыр.

Данные, накопленные за несколько лет, сейчас проходят повторный анализ. Физики надеются найти там еще семь "кандидатов" в нейтринные события. Это будут первые прямые улики, долетающие к нам от самых мощных энергетических установок во Вселенной, куда сложнее, чем проекты инженеров по созданию плазменных двигателей.

"Наблюдение за сигналами в такой среде — это высший пилотаж, требующий идеальной чистоты эксперимента", — сказал в беседе с Pravda.Ru преподаватель естественных наук Кирилл Афонин.

Ответы на популярные вопросы о нейтрино и излучении Аскарьяна

Почему нейтрино так трудно поймать?

Они обладают ничтожно малой массой и почти не взаимодействуют с материей, пролетая сквозь целые планеты без единого столкновения.

Чем опасен радиошум для детектора?

Человеческая связь и радары создают импульсы, которые по форме графика почти идентичны сигналам Аскарьяна, что ведет к критическим ошибкам.

Почему используют именно лед?

Лед чист, прозрачен для радиоволн и обладает огромным объемом, что необходимо для перехвата редких нейтрино.

Что нам даст обнаружение нейтрино?

Это позволит составить карту Вселенной, "увидев" объекты, скрытые от обычных оптических и радиотелескопов пылью и газом.

Читайте также

• Ледяная катастрофа: почему планета теряет гигантские запасы воды с пугающей скоростью
• На Луне вспыхнет искусственное солнце: NASA готовится к огневым испытаниям в невесомости
• Секретное оружие Роскосмоса для захвата Марса: этот двигатель называют убийцей классических ракет