Neutrina należą do najbardziej tajemniczych cząstek elementarnych. Są elektrycznie obojętne, mają bardzo małą masę i niezwykle rzadko oddziałują z materią. Z tego powodu potrafią przelatywać przez ogromne odległości kosmiczne, a nawet przez całe planety niemal bez żadnej interakcji. Dzięki temu stanowią wyjątkowych posłańców z najodleglejszych i najbardziej ekstremalnych regionów wszechświata.
Czytaj też: Historyczny eksperyment w nadciekłym helu. Po raz pierwszy fizycy skontrolowali obrót cząstek
W lutym 2023 roku teleskop KM3NeT, zlokalizowany głęboko w Morzu Śródziemnym, zarejestrował zdarzenie oznaczone jako KM3-230213A. Instrument wykrył ślad cząstki wtórnej, czyli mionu,który powstał, gdy neutrino oddziaływało w pobliżu detektora. Na podstawie analizy toru i energii tego sygnału naukowcy oszacowali, iż pierwotne neutrino miało energię około 220 petaelektronowoltów (PeV), czyli ponad dwadzieścia razy większą niż energie neutrin obserwowanych wcześniej.
Tak ogromna energia sprawia, że wydarzenie to jest absolutnym rekordzistą w historii badań neutrin. Dotychczasowe eksperymenty, w tym detektory takie jak IceCube Neutrino Observatory na Antarktydzie, nie obserwowały podobnych sygnałów o porównywalnej energii. Jednym z najbardziej intrygujących aspektów tej detekcji jest fakt, iż neutrino dotarło do detektora niemal poziomo, przechodząc wcześniej przez znaczną część Ziemi.
Neutrino z lutego 2023 roku zostało wykryte dzięki teleskopowi zlokalizowanemu na dnie Morza Śródziemnego
Analizy wskazują na pewien scenariusz: zanim sygnał dotarł do instrumentów, cząstka przebyła około 150 kilometrów skał i wody. Dla porównania, podobne zdarzenie zarejestrowane przez detektor antarktyczny musiałoby przejść zaledwie kilkanaście kilometrów lodu. Taka różnica sugeruje, jakoby podczas przechodzenia przez materię mogły zachodzić dodatkowe efekty fizyczne wpływające na zachowanie neutrin.
Badacze rozważają kilka możliwych wyjaśnień pochodzenia tej niezwykle energetycznej cząstki. Jedna z hipotez zakłada, że neutrino powstało w wyniku oddziaływania ultrawysokoenergetycznych promieni kosmicznych z fotonami promieniowania tła wszechświata. Tak powstające cząstki określa się mianem neutrin kosmogenicznych. Inna możliwość wskazuje na ekstremalne obiekty astrofizyczne, takie jak aktywne jądra galaktyk czy tzw. blazary, a więc galaktyki z supermasywnymi czarnymi dziurami, które emitują wąskie, potężne strumienie plazmy.
Czytaj też: Jak wiele może kryć splątanie kwantowe? Fizycy mówią o całym świecie
Nie można jednak wykluczyć jeszcze bardziej egzotycznych scenariuszy. W literaturze pojawiają się sugestie, iż tak potężne neutrino mogłoby być sygnałem nowych zjawisk fizycznych, nieopisanych w standardowym modelu cząstek elementarnych. Jedną z analizowanych wcześniej możliwości było na przykład powiązanie podobnych sygnałów z procesami związanymi z hipotetycznymi pierwotnymi czarnymi dziurami, choć najnowsze badania nieco podważają takie scenariusze. Szczególne znaczenie ma fakt, że detekcja nastąpiła w czasie, gdy teleskop KM3NeT był wciąż na wczesnym etapie budowy i działał zaledwie z około 10% planowanej objętości. Oznacza to, że wraz z rozbudową infrastruktury i zwiększeniem liczby modułów detekcyjnych możliwe będzie rejestrowanie znacznie większej liczby podobnych zdarzeń.
