Нейтринний телескоп ANTARES установив строгі обмеження на потік магнітних монополів

Хоча детектори телескопа, розміщені в Середземному морі, поки не виявили ні точкових космічних джерел нейтрино, ні монополів, ні інших екзотичних частинок, фізики зуміли отримати користь із цих негативних результатів, представивши їх як нові обмеження на теоретичні моделі

На міжнародній конференції у Мюнхені фізики оприлюднили останні результати спостережень, виконаних нейтринним телескопом ANTARES...

...Який нагадує зменшений варіант антарктичної обсерваторії IceCube, будівництво якої завершили наприкінці 2010 року. Детекторний масив ANTARES розташований у Середземному морі, за 40 км від південного узбережжя Франції, на глибині 2 475 м; він складається з 12 утримуваних у вертикальному положенні «ниток» із нанизаними на них оптичними модулями, що містять фотоелектронні помножувачі. В IceCube таких «ниток» 86, і на кожній закріплено по 60 модулів, тоді як ANTARES має лише дванадцять «ниток» із 25 збірками по три фотопомножувачі на кожній.

Основним завданням ANTARES називають реєстрацію високоенергетичних (понад 100 ГеВ) нейтрино космічного походження, точкові джерела яких могли б вказати на ділянки, де відбувається прискорення протонів і ядер та народжуються космічні промені. Схема виявлення високоенергетичних частинок досить проста: невелика частина нейтрино, що надходять, взаємодіє з водою, унаслідок чого утворюються мюони, які спричиняють черенковське випромінювання. Його фіксують фотопомножувачі, і за їхніми даними відновлюють приблизні траєкторії мюонів; корисними вважають лише частинки, що рухаються «знизу вгору» (тобто породжені нейтрино, які прибули з Південної півкулі й пролетіли крізь Землю), а атмосферні мюони, що рухалися в протилежному напрямку, відкидають. IceCube діє так само, але орієнтується на нейтрино, що прибувають із Північної півкулі.

Нейтрино «врізається» в Землю, проходить її наскрізь, взаємодіє у воді, а народжений при цьому мюон реєструють детектори ANTARES:

«Нитку» з оптичними модулями готують до занурення в Середземне море. (Фото L. Fabre / CEA.)

ANTARES розпочав роботу у 2007-му, однак своєї мети — виявлення точкових астрофізичних джерел нейтрино — поки не досяг. Опрацювавши зібрану інформацію, учені змогли встановити дуже жорсткі обмеження на потік нейтрино від передбачуваних джерел у південній частині неба.

Іншим важливим завданням телескопа став пошук гіпотетичних частинок (насамперед магнітних монополів і нуклеаритів). За визначенням, монополі, відкриття яких привело б до повної симетризації рівнянь Максвелла щодо електричного й магнітного полів, мають ненульовий магнітний заряд. Вони цілком можуть приховуватися в проникному космічному випромінюванні, і за швидкості руху у воді v, близької до швидкості світла у вакуумі c, монополі випромінювали б у кілька тисяч разів більше черенковських фотонів на одиницю шляху, ніж окремі мюони. Утім, навіть «повільні» монополі мали б утворювати електрони іонізації, які також давали б помітний фотонний сигнал.

Оптимізуючи методику пошуку монополів, учасники експерименту ANTARES визначили діапазон швидкостей, які їх цікавили, як 0,625 ≤ β ≤ 0,995, де β = v/c (зауважимо, що черенковське випромінювання виникало б лише за β > 0,74). На жаль, виявити шукані частинки не вдалося, але встановлені ANTARES верхні межі потоку «висхідних» монополів лежать набагато нижче за ті, що були знайдені раніше у споріднених експериментах MACRO, AMANDA II та Baikal.

Інша гіпотетична частинка, нуклеарит, являє собою згусток дивної кваркової матерії, що складається з u-, d- і s-кварків. Явних слідів нуклеаритів ANTARES не знайшов, з'ясувавши, що на 90-відсотковому рівні довіри потік цих частинок із масою від 10¹⁴ до 10¹⁷ ГеВ не перевищує 10^–16 см^–2•с^–1•ср^–1.

Повну версію звіту про спостереження на ANTARES буде опубліковано у виданні Journal of Physics: Conference Series.

Підготовлено за матеріалами препринту на arXiv.

Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.