В 1962 году советский физик Гурген Аскарьян предсказал, что высокоэнергетические частицы, проходящие сквозь плотный материал, должны производить характерные всплески радиоволн. Когда такая частица сталкивается с атомом, запускается каскад вторичных частиц, который захватывает электроны из окружающего материала, создавая отрицательно заряженный фронт. По сути это космический «шепот», который можно услышать в радиодиапазоне.
Это «излучение Аскарьяна» позже подтвердили в лабораторных экспериментах и зафиксировали в воздухе, но наблюдать его во льду оказалось гораздо сложнее. Причина не только в трудности отделения настоящих сигналов от многочисленных источников радиошума в полярных условиях, но и в том, что компьютерное моделирование этого эффекта во льду стало достаточно совершенным для строгого анализа данных лишь недавно.
Детектор Askaryan Radio Array (ARA), расположенный вблизи Южного полюса, создавался именно для решения этой задачи. Он состоит из пяти станций с радиоантеннами, которые опущены в пробуренные во льду каналы на глубину 150-200 метров. Общая площадь установки — около 2 квадратных километров.
Во время 208-дней наблюдений в 2019 году команда ARA зарегистрировала 13 аномальных событий: импульсные радиосигналы, приходящие из-под поверхности льда. Ученые воспользовались новейшими инструментами моделирования, чтобы определить, были ли это подлинные сигналы Аскарьяна или результат помех от самолетных радаров и радиосвязи с близлежащей станции Амундсен-Скотт.
Анализ показал, что характеристики сигналов — направления прихода, частотный состав, форма волны и ориентация электрических полей — полностью соответствовали предсказаниям для излучения Аскарьяна от космических лучей. Вероятность того, что все 13 событий объясняются фоновым шумом, составила менее одного к 3,5 миллионам — статистическая значимость 5,1 сигма, значительно превышающая порог для научного открытия.
Команда заключила, что сигналы произведены плотными ядрами почти вертикальных ливней космических лучей, проникающих в верхние метры льда. Это открытие имеет прямое значение для главной миссии детектора — поиска сверхвысокоэнергетических космических нейтрино. Поскольку сигналы от нейтрино во льду почти идентичны сигналам от космических лучей, результат стал достоверным подтверждением работоспособности детектора. Несмотря на схожесть, ученые смогут различить сигналы по их геометрии: космические лучи достигают лишь поверхностного льда, тогда как нейтрино проникают глубоко, давая сигналы под более крутым углом.
В ближайшее время ученые проведут новый анализ данных, который охватит работу всех пяти станций за несколько лет. По оценкам специалистов, в этом массиве может скрываться до семи кандидатов в нейтринные события — возможно, это будут первые прямые сигналы от самых экстремальных ускорителей частиц во Вселенной.
Ранее в глубинах Млечного Пути ученые нашли загадочную радиостанцию.
Источник: hi-tech.mail.ru