Vědci detekovali nejenergetičtější neutrino: Mohlo by být poslem z raného vesmíru?

Neutrina patří mezi nejzáhadnější částice ve světě fyziky. Jen zřídka interagují s hmotou, mají téměř nulovou hmotnost a postrádají elektrický náboj, což je činí mimořádně obtížnými pro studium.

Neutrina patří mezi nejzáhadnější částice ve světě fyziky. Jen zřídka interagují s hmotou, mají téměř nulovou hmotnost a postrádají elektrický náboj, což je činí mimořádně obtížnými pro studium. Jejich detekce vyžaduje specializovaná zařízení umístěná hluboko v jeskyních, v tlustém antarktickém ledu nebo na dně oceánu.

Jedním z předních detektorů neutrin je KM3NeT (Cubic Kilometer Neutrino Telescope), který se nachází na mořském dně ve Středozemním moři. V únoru 2023 tento detektor zachytil nejenergetičtější neutrino, jaké kdy bylo pozorováno. Částice, pojmenovaná KM3-230213A, měla odhadovanou energii 220 PeV (220 x 10^15 elektronvoltů), což je neuvěřitelné množství energie. Od její detekce se fyzici snaží určit její původ. Neutrina detektory nezachycují přímo, ale zaznamenávají sekundární částice nebo Čerenkovovo záření, které vzniká při vzácných interakcích neutrina s hmotou. V případě KM3-230213A to byl detekovaný mion. Výsledky pečlivého výzkumu byly publikovány v prestižním časopise Nature.

Vysokoenergetická neutrina pocházejí z extrémních událostí ve vesmíru, jako jsou kataklyzmatické supernovy, záblesky gama záření nebo kilonovy, které jsou schopny udělit částicím tak vysoké energie. Vědci se snažili vystopovat původ KM3-230213A, ale s přesností se jim to nepodařilo. Jejich práce odhalila čtyři typy potenciálních zdrojů: galaktický, z lokálního vesmíru, přechodný a extragalaktický původ. Energie KM3-230213A byla výrazně vyšší než u jakékoli předchozí detekce, což naznačuje, že mohla pocházet z jiného kosmického objektu než méně energetická neutrina, nebo by mohlo jít o první detekci takzvaného kosmogenického neutrina.

Kosmogenická neutrina jsou v současné době z velké části hypotetická, bez jasných detekcí. Vznikají, když ultra-vysokoenergetické kosmické paprsky (protony nebo těžší jádra cestující téměř rychlostí světla) narazí do fotonů z kosmického mikrovlnného pozadí, reliktního záření z Velkého třesku. Tento dopad vytváří řetězec rozpadů a kaskádu dalších částic, včetně ultra-vysokoenergetických neutrin, jako je KM3-230213A.

Kosmogenická neutrina jsou fascinující z několika důvodů. Mohou přímo ukazovat zpět ke svým zdrojům, jako jsou aktivní galaktická jádra, záblesky gama záření nebo dokonce fúze galaxií. Jelikož vznikají po celou historii vesmíru, mohou sloužit jako sondy pro studium raného vesmíru. Navíc jsou mnohem energetičtější než cokoli, co dokážeme vyprodukovat a studovat v urychlovačích částic, a jejich studium by mohlo odhalit aspekty fyziky, které přesahují Standardní model. Představují tak obrovský vědecký přínos.

Zda je KM3-230213A skutečně kosmogenické neutrino, zatím není s jistotou potvrzeno. Jeho energie sice spadá do rozsahu, který fyzici pro kosmogenická neutrina předpokládají, ale jasný závěr zatím chybí. Vědci uvádějí, že tato možnost je „životaschopnou alternativní hypotézou“. Pochopení těchto vysokoenergetických neutrin bude záviset na budoucích neutrinových observatořích a vylepšeních těch stávajících. KM3NeT se například rozšiřuje o další detektory, což zvýší jeho účinnost nejen při detekci více neutrin, ale také při přesnějším určování jejich kosmických zdrojů.