«Эра нейтринной астрономии началась», — сказал Салливан, когда IceCube Collaboration объявил о наблюдении 28 событий с частицами очень высоких энергий, которые представляют собой первое твердое свидетельство наличия астрофизических нейтрино из космических источников.По словам Салливана, изучая нейтрино, которые обнаруживает IceCube, ученые могут узнать о природе астрофизических явлений, происходящих в миллионах или даже миллиардах световых лет от Земли. «Источники нейтрино и вопрос о том, что может ускорить эти частицы, оставались загадкой более 100 лет. Теперь у нас есть прибор, который может обнаруживать астрофизические нейтрино. Он прекрасно работает, и мы ожидаем, что он проработает еще 20 лет. годы."
Отчет коллаборации о первых записях космических нейтрино из нейтринной обсерватории IceCube, собранных с инструментов, встроенных в кубический километр льда на Южном полюсе, был опубликован 22 ноября в журнале Science.«Это первое указание на то, что нейтрино очень высоких энергий приходят извне нашей солнечной системы», — сказал профессор физики Университета Висконсин-Мэдисон Фрэнсис Халзен, главный исследователь IceCube. «Приятно наконец увидеть то, что мы искали. Это рассвет новой эры астрономии».«Нейтрино — один из основных строительных блоков нашей Вселенной», — сказала доцент физики Университета Мэриленд Кара Хоффман, член команды IceCube.
Миллиарды из них проходят через наши тела незамеченными каждую секунду. Эти частицы чрезвычайно высокой энергии сохраняют свою скорость и направление, не подверженные влиянию магнитных полей.
Подавляющее большинство нейтрино возникает либо на Солнце, либо в атмосфере Земли. Гораздо более редкими являются астрофизические нейтрино, которые приходят из дальних пределов нашей галактики или за ее пределами.
Происхождение и причина астрофизических нейтрино неизвестны, хотя потенциальными источниками являются гамма-всплески, активные ядра галактик и черные дыры. Лучшее понимание этих нейтрино критически важно для физики элементарных частиц, астрофизики и астрономии, и более 50 лет ученые работали над разработкой и созданием детектора нейтрино высоких энергий этого типа.IceCube был разработан для достижения двух основных научных целей: измерить поток или скорость нейтрино высоких энергий и попытаться идентифицировать некоторые из их источников.
Нейтринная обсерватория была построена и эксплуатируется международным сотрудничеством более 250 физиков и инженеров. Физики UMD были ключевыми сотрудниками IceCube с 2002 года, когда был разработан его уникальный дизайн и началось строительство.IceCube состоит из 5160 цифровых оптических модулей, подвешенных на 86 струнах, погруженных во лед под Южным полюсом. Обсерватория, поддерживаемая Национальным научным фондом, обнаруживает нейтрино через крошечные вспышки синего света, называемые черенковским светом, возникающие при взаимодействии нейтрино во льду.
Компьютеры лаборатории IceCube собирают данные с оптических датчиков в режиме, близком к реальному времени, и отправляют информацию об интересных событиях на север через спутник. Команда UMD разработала систему сбора данных и большую часть аналитического программного обеспечения IceCube. Строительство заняло почти десять лет, и готовый детектор начал сбор данных в мае 2011 года.
«IceCube — замечательный и уникальный астрофизический телескоп — он развернут глубоко в антарктических льдах, но просматривает всю Вселенную, обнаруживая нейтрино, проходящие через Землю с северного неба, а также со всего южного неба», — сказал Владимир Папиташвили. отдела полярных программ Национального научного фонда (NSF).В апреле 2012 года IceCube обнаружил два события с высокой энергией выше 1 пэв, получившие прозвище Берт и Эрни, первые астрофизические нейтрино, окончательно зарегистрированные наземным детектором. После того, как Берт и Эрни были обнаружены, команда IceCube провела поиск в своих записях с мая 2010 года по май 2012 года о событиях, которые упали немного ниже уровня энергии их первоначального поиска. Они обнаружили еще 26 событий с высокой энергией, все на уровне 30 тераэлектронвольт (ТэВ) или выше, что указывает на астрофизические нейтрино.
Предварительные результаты этого анализа были представлены 15 мая на симпозиуме по астрофизике частиц IceCube в UW-Madison. По словам Салливана из UMD, анализ, представленный в журнале Science, показывает очень статистически значимый сигнал (более 4 сигм), предоставляя твердые доказательства того, что IceCube успешно обнаружил высокоэнергетические внеземные нейтрино.Поскольку астрофизические нейтрино движутся по прямым линиям, которым не препятствуют внешние силы, они могут действовать как указатели на то место в галактике, где они возникли. По словам Салливана, 28 зафиксированных на данный момент событий слишком мало, чтобы указывать на какое-либо одно место.
В ближайшие годы команда IceCube будет наблюдать, как «как в ожидании фотографии с длинной выдержкой», за тем, как новые измерения добавят к изображению, которое может выявить точку происхождения этих интригующих явлений.Также в разработке находятся новые системы регистрации астрофизических нейтрино. Хоффман возглавляет разработку Аскарянской радиомассивы, нейтринного телескопа, в котором для обнаружения частиц используется радиочастота, которая лучше всего передает сигнал через очень холодный лед. Планируется установить 37 подповерхностных кластеров радиоантенн.
Обсерватория IceCube Neutrino была построена в рамках гранта NSF на строительство крупного исследовательского оборудования и сооружений при поддержке партнерских финансовых агентств по всему миру. Подразделение полярных программ и отдел физики NSF продолжает поддерживать проект грантом на техническое обслуживание и эксплуатацию, а также международной поддержкой участвующих институтов и их финансовых агентств.
Среди участников сотрудничества UMD с IceCube — Салливан и Хоффман; Преподаватели и сотрудники UMD Эрик Блауфусс, Джон Фельде, Хенрике Виссинг, Алекс Оливас, Дональд Ла Дье и Торстен Шмидт; и аспиранты Элим Чунг, Роберт Хеллауэр, Райан Мауну и Майкл Ричман.