Нейтринный телескоп ANTARES установил строгие ограничения на поток магнитных монополей

Хотя детекторы телескопа, размещённые в Средиземном море, пока не обнаружили ни точечных космических источников нейтрино, ни монополей, ни других экзотических частиц, физики сумели извлечь пользу из этих отрицательных результатов, представив их в виде новых ограничений на теоретические модели

На международной конференции в Мюнхене физики обнародовали последние результаты наблюдений, выполненных нейтринным телескопом ANTARES...

...Который напоминает уменьшенный вариант антарктической обсерватории IceCube, строительство которой было завершено в конце 2010 года. Детектирующий массив ANTARES находится в Средиземном море, в 40 км от южных берегов Франции на глубине в 2 475 м; составлен он из 12 удерживаемых в вертикальном положении «нитей» с нанизанными на них оптическими модулями, содержащими фотоэлектронные умножители. У IceCube таких «нитей» 86, и на всех закреплено по 60 модулей, тогда как ANTARES располагает лишь двенадцатью «нитями» с 25 сборками из трёх фотоумножителей на каждой.

Основной задачей ANTARES называют регистрацию высокоэнергетичных (более 100 ГэВ) нейтрино космического происхождения, точечные источники которых могли бы указать на те области, где происходит ускорение протонов и ядер и рождаются космические лучи. Схема обнаружения высокоэнергетичных частиц довольно проста: небольшая часть приходящих нейтрино взаимодействует с водой, в результате чего образуются мюоны, инициирующие черенковское излучение. Последнее отмечают фотоумножители, и по их данным реконструируются примерные траектории мюонов; полезными считаются только те частицы, что идут «снизу вверх» (то есть рождены нейтрино, пришедшими из Южного полушария и пролетевшими сквозь Землю), а атмосферные мюоны, которые двигались в противоположном направлении, отбрасываются. IceCube действует так же, но ориентируется на нейтрино, прибывающие из Северного полушария.

Нейтрино «врезается» в Землю, проходит насквозь, взаимодействует в воде, а рождённый при этом мюон регистрируют детекторы ANTARES:

«Нить» с оптическими модулями готовится к погружению в Средиземное море. (Фото L. Fabre / CEA.)
«Нить» с оптическими модулями готовится к погружению в Средиземное море. (Фото L. Fabre / CEA.)

ANTARES приступил к работе в 2007-м, однако своей цели — обнаружения точечных астрофизических источников нейтрино — пока не достиг. Обработав собранную информацию, учёные смогли установить очень жёсткие ограничения на поток нейтрино от предполагаемых источников в южном небе.

Другой важной задачей телескопа стал поиск гипотетических частиц (в первую очередь — магнитных монополей и нуклеаритов). Согласно определению, монополи, открытие которых привело бы к полной симметризации уравнений Максвелла по отношению к электрическому и магнитному полям, обладают ненулевым магнитным зарядом. Они вполне могут скрываться в проникающей космической радиации, и при скорости движения в воде v, близкой к скорости света в вакууме c, монополи излучали бы в несколько тысяч раз (в пересчёте на единицу пути) больше черенковских фотонов, чем одиночные мюоны. Даже «медленные» монополи, впрочем, должны создавать ионизационные электроны, а те также обеспечивали бы различимый фотонный сигнал.

Оптимизируя методику поиска монополей, участники эксперимента ANTARES определили диапазон интересовавших их скоростей как 0,625 ≤ β ≤ 0,995, где β = v/c (черенковское излучение, заметим, появлялось бы только при β > 0,74). Увы, обнаружить искомые частицы не удалось, но установленные ANTARES верхние пределы потока «восходящих» монополей лежат гораздо ниже тех, что были найдены ранее в родственных экспериментах MACRO, AMANDA II и Baikal.

Верхний предел потока магнитных монополей с 0,625 ≤ β ≤ 0,995, установленный ANTARES на 90-процентном уровне достоверности. На рисунке также отмечены результаты наблюдений на Байкальском подводном нейтринном телескопе, экспериментов MACRO и AMANDA II. (Иллюстрация ANTARES Collaboration.)

Другая гипотетическая частица, нуклеарит, представляет собой сгусток странной кварковой материи, состоящий из u-, d- и s-кварков. Явных следов нуклеаритов ANTARES не нашёл, выяснив, что на 90-процентном уровне достоверности поток этих частиц с массой от 1014 до 1017 ГэВ не превышает 10–16 см–2•с–1•ср–1.

Полная версия отчёта о наблюдениях на ANTARES будет опубликована в издании Journal of Physics: Conference Series.

Подготовлено по материалам arXiv-препринта.

19 Февраля 2012, 5:42    Den    3343    0

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.