12 Februarie 2025
Experimentul KM3NeT detecteaza un neutrino cosmic cu cea mai mare energie observata vreodata
Colaborarea KM3NeT anunta detectia unui neutrino cosmic cu o energie record de aproximativ 220 PeV
In 13 februarie 2023, un eveniment extraordinar, consistent cu un neutrino cu o energie estimata de aproximativ 220 PeV (220×1015 electron volti sau 220 milioane de miliarde de electron volti), a fost detectat de catre detectorul ARCA al telescopului de neutrini KM3NeT, amplasat la mare adancime in Marea Mediterana. Acest eveniment, numit KM3-230213A, este cel mai energetic neutrino observat vreodata si furnizeaza prima dovada experimentala ca neutrinii de foarte mare energie sunt produsi in Univers. Dupa o munca meticuloasa si de durata pentru analiza si interpretarea datelor experimentale, azi, 12 februarie 2025, Colaborarea stiintifica internationala KM3NeT prezinta detaliile acestei uimitoare descoperiri intr-un articol publicat in Nature.
Particula detectata a fost identificata drept un miuon care a traversat tot detectorul, inducand semnale in mai mult de o treime dintre senzorii activi. Inclinatia traiectoriei sale, combinata cu energia sa enorma, prezinta dovezi incontestabile ca acest miuon provine din interactia unui neutrino cosmic in vecinatatea detectorului.
“KM3NeT a inceput sa testeze un domeniu de energie si sensibilitate in care neutrinii detectati pot proveni din fenomene astrofizice extreme. Prima astfel de detectie a unui neutrino de sute de PeV deschide un nou capitol in astronomia cu neutrini si o noua fereastra observationala catre Univers”, afirma Paschal Coyle, KM3NeT Spokesperson la momentul detectiei si cercetator la CNRS Centre National de la Recherche Scientifique – Centre de Physique de Particules de Marseille, Franta.
Universul energiilor foarte inalte este taramul evenimentelor cataclismice, precum gauri negre supermasive aflate in proces de acretie in centrul galaxiilor, explozii de supernove, explozii de raze gamma, evenimente care inca nu sunt intelese complet. Acesti puternici acceleratori cosmici genereaza fluxuri de particule numite raze cosmice. Razele cosmice pot interactiona cu materia sau fotonii din jurul sursei, pentru a produce neutrini si fotoni. In timpul calatoriei celor mai energetice raze cosmice de-a lungul Universului, unele pot interactiona cu fotoni din radiatia cosmica de fond pentru a produce neutrini “cosmogenici” de energii extreme.
“Neutrinii sunt una dintre cele mai misterioase particule elementare. Ei nu au sarcina electrica, sunt aproape lipsiti de masa si interactioneaza cu materia doar prin intermediul fortei nucleare slabe. Ei sunt mesageri cosmici speciali, care ne aduc informatii unice despre mecanismele implicate in cele mai energetice fenomene si ne permit sa exploram cele mai indepartate colturi din Univers”, explica Rosa Coniglione, KM3NeT Deputy-Spokesperson la momentul detectiei, cercetatoare la INFN National Institute for Nuclear Physics, Italia.
Cu toate ca neutrinii sunt a doua cea mai abundenta particula din Univers dupa fotoni, interactia lor slaba cu materia ii face foarte greu de detectat si aceasta necesita detectori de dimensiuni uriase. Telescopul KM3NeT, actualmente in constructie, este o structura submarina de mare adancime, distribuita in doi detectori, ARCA si ORCA. In configuratia sa finala, KM3NeT va ocupa un volum mai mare de un kilometru cub. Experimentul KM3NeT foloseste apa marii ca mediu de interactie pentru neutrini. Modulele sale optice high-tech detecteaza lumina Cherenkov, o stralucire albastruie produsa in timpul propagarii in apa a particulelor ultra-relativiste rezultate din interactiile neutrinilor.
“Pentru a determina directia si energia acestui neutrino, a fost nevoie de o calibrare precisa a telescopului si de algoritmi de reconstructie sofisticati pentru traiectorii. In plus, aceasta detectie remarcabila a fost realizata cu doar o zecime din configuratia finala a detectorului, demonstrand marele potential al experimentului nostru pentru studiul neutrinilor si pentru astronomia cu neutrini”, declara Aart Heijboer, KM3NeT Physics and Software Manager la momentul detectiei si cercetator la Nikhef National Institute for Subatomic Physics, Olanda.
Detectorul KM3NeT/ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss) este dedicat, in principal, studiului neutrinilor de foarte mare energie si a surselor acestora din Univers. Este amplasat la 3450 m adancime, la aproximativ 80 km de coasta Portopalo di Capo Passero, Sicilia. Este alcatuit din unitati de detectie (DU) de 700 m inaltime, ancorate la baza marii si pozitionate la aproximativ 100 m una de cealalta. Fiecare unitate de detectie este echipata cu 18 Module Optice Digitale (DOM), care contin la randul lor cate 31 de fotomultiplicatori. In configuratia sa finala, ARCA va fi alcatuita din 230 de unitati de detectie. Datele experimentale colectate sunt transmise prin intermediul unui cablu submarin la statia de la tarm a institutului INFN Laboratori Nazionali del Sud.
Detectorul KM3NeT/ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) este optimizat pentru studiul proprietatilor fundamentale ale neutrinilor. Este amplasat la o adancime de 2450 m, la o distanta de aproximativ 40 km de coasta orasului Toulon, Franta. La finalizarea constructiei, va fi alcatuit din 115 unitati de detectie, de 200 m inaltime si pozitionate la 20 m una fata de cealalta. Datele experimentale colectate de ORCA sunt trimise la statia de la tarm din La Seyne Sur Mer.
“Magnitudinea KM3NeT, care va cuprinde un volum de aproximativ un kilometru cub cu un total de circa 200000 de fotomultiplicatori, impreuna cu amplasarea sa in abisul Marii Mediterane, demonstreaza eforturile extraordinare necesare pentru progresul astronomiei cu neutrini si al fizicii particulelor. Detectia acestui eveniment este rezultatul unui imens efort de colaborare intre multe echipe internationale de ingineri, tehnicieni si oameni de stiinta”, declara Miles Lindsey Clark, KM3NeT Tehnical Project Manager la momentul detectiei si inginer cercetator la CNRS – Astroparticle and Cosmology Laboratory, Franta.
Acest neutrino de energie foarte mare poate proveni dintr-un accelerator cosmic puternic. Alternativ, poate fi prima detectie a unui neutrino cosmogenic. Cu toate acestea, cu un singur neutrino, este dificil sa formulam concluzii despre originea sa. Observatii viitoare se vor concentra pe detectia mai multor astfel de evenimente pentru a construi o imagine mai clara. Expansiunea continua a experimentului KM3NeT cu unitati de detectie aditionale si achizitia de date suplimentare va imbunatati sensibilitatea sa si va amplifica abilitatea sa de a identifica sursele de neutrini cosmici, facandu-l un contributor principal la astronomia multi-mesager.
Colaborarea KM3NeT aduce impreuna mai mult de 360 de cercetatori, ingineri, tehnicieni si studenti din 68 de institutii din 21 de tari din toata lumea.
Experimentul KM3NeT este inclus in harta European Strategy Forum on Research Infrastructures, care recunoaste KM3NeT ca o infrastructura de cercetare prioritara din Europa. KM3NeT primeste atat fonduri de la Uniunea Europeana, cat si de la agentiile nationale de cercetare din mai multe tari. Experimentul KM3NeT a beneficiat de diverse fonduri din programele de cercetare si inovare europene, cat si din Fondul European de Dezvoltare Regionala.
Institutul de Stiinte Spatiale – Filiala INFLPR este membru al Colaborarii KM3NeT ca urmare a initiativei regretatului nostru coleg, Dr. Vlad Popa. El a propus si a contribuit la dezvoltarea directiei de cercetare in domeniul particulelor exotice, precum nucleariti (particule ipotetice masive de materie stranie) si monopoli magnetici, in cadrul experimentelor de neutrini ANTARES si KM3NeT. Grupul nostru continua acesta directie de cercetare si participa la activitatea stiintifica a experimentului (prin simulari, analize de date, testari de programe, ture de achizitie de date) si la diseminarea rezultatelor obtinute prin publicatii si participari la conferinte internationale si la evenimente de popularizare.
Articolul a fost preluat si adaptat din comunicatul de presa oficial al colaborarii KM3NeT.
Persoana de contact
Alice Paun | alice.paun@spacescience.ro