Важный шаг в изучении призрачных частиц

Международная команда ученых, работающих с детектором нейтрино MicroBooNE, сообщила о первой успешной попытке полностью автоматической регистрации кандидатов нейтрино (событий, вероятно связанных с нейтрино). До сих пор сложный анализ взаимодействия "призрачных частиц" требовал огромного количества ручного труда аналитиков. Между тем, изучение нейтрино очень важно для создания систем связи, не знающих преград, а также, возможно, контакта с инопланетным разумом.

Нейтрино — особые субатомные частицы,которые практически не имеют массы и взаимодействуют с окружающей средой только посредством гравитации и ядерного распада. Нейтрино не несут электрический заряд, не взаимодействуют со светом. Благодаря этому невидимые нейтрино могут преодолеть миллионы световых лет, пролетать сквозь пыль, планеты, живых существ практически без влияния со стороны природных сил. Кроме того, нейтрино считаются одним из основных строительных блоков материи. Важность исследования нейтрино признают все ученые, в частности в 2015 г. Нобелевская премия по физике была присуждена за изучение нейтринных осцилляций, которые имеют большое значение для физики элементарных частиц. 

 

 

 Пример нейтринного события, зафиксированного детектором MicroBooNE 

Проект нейтринного детектора MicroBooNE запущен в США 9 лет назад. Это крупное сооружение с детектором длиной  12 м, заполненным 170 т жидкого  аргона. Для генерации нейтрино используется мощный протонный ускоритель. В конечном итоге ученые могут изучить изменения в потоке нейтрино, преодолевших расстояние 500 м. 

К сожалению, даже самые совершенные современные детекторы регистрируют лишь ничтожную часть нейтрино. Проблема осложняется тем, что слабые сигналы редких взаимодействий нейтрино с веществом детектора очень сложно выделить на фоне большого количества помех. Эта проблема актуальная и для проектируемого крупного детектора DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), который будет исследовать изменения нейтрино, преодолевших большое расстояние.

Чтобы решить эту проблему, в новом эксперименте MicroBooNE ученые использовали автоматизированную систему анализа нейтринных событий. Впервые софт успешно распознал кандидаты нейтрино и доказал свою  перспективность для экспериментов MicroBooNE и DUNE. 

Исследования нейтрино существенно продвинулись за последнее  десятилетие. Это делает нас на шаг ближе к практическому применению призрачных частиц.  Прежде всего речь идет о коммуникациях, ведь поток нейтрино может беспрепятственно проходить даже сквозь Землю и  толщу воды, что может пригодится, например,для связи с подлодками или космическими аппаратами. Первый успешный эксперимент по передаче даны с помощью нейтрино был реализован в 2012 г. в американской Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (FermiLab). Пучок нейтрино прошел сквозь скалу толщиной 240 м и двоичным кодом передал 40-битное сообщение.

Еще одно потенциальное применение нейтрино — изучение удаленных уголков Вселенной, из которых нейтрино приходят с минимальными изменениями. 

Кроме того, некоторые ученые полагают, что высокоразвитые цивилизации общаются между собой именно с помощью нейтрино. В отличие от электромагнитных волн, нейтрино не подвержены помехам  легко проходят даже сквозь плотные облака пыли и газа. Ученые уже понимают принципы работы такой связи, но пока наши технологии не позволяют регистрировать большую часть нейтринных потоков и "захватывают" лишь отдельные частицы. Понятно, что при таком уровне техники поймать сложные коммуникационные сообщения невозможно. Именно поэтому так важны автоматические алгоритмы распознавания нейтринных событий. Вполне возможно, что в будущем сети детекторов нейтрино все-таки смогут поймать сигнал внеземной цивилизации.