Новости проектов ANTARES и KM3NeT

«Хо-хо-хо!» — рождественский подарок для KM3NeT прибыл. Второй главный электрооптический кабель с блоком электропитания и системой контроля, закупленные в рамках проекта IDMAR, были успешно доставлены на Капо Пассеро, сицилийскую площадку KM3NeT-ARCA.

Кабель из 48 волокон (2 из них предназначены для системы контроля) и двумя проводниками будет использоваться для соединения второй очереди подводной сети установки ARCA с гирляндами. Примерно в 96 км от берега кабель будет делиться на две линии (или сегмента). Северная линия (22 волокна) предназначена для завершения первого блока установки ARCA, а южная линия (24 волокна) — для соединения со вторым блоком.

6 ноября корабль Pierre de Fermat покинул французский порт Кале с кабелем, полученным на заводе Alcatel Submarine Network, на борту. Уже 21 ноября береговая секция установки была завершена — кабель надежно размещен в новом смотровом колодце.

Испытания оптических волокон и проводников подтвердили их полное соответствие техническим требованиям.

Тем временем на береговой станции ARCA было смонтировано оборудование энергоснабжения (ОЭС) и шкафы электроавтоматики и разводки цепей. ОЭС может обеспечить до 80 кВт, используя двойной источник питания ±6 кВ постоянного тока для того, чтобы обеспечить частичную избыточность в случае возникновения каких-либо неполадок. Контрольный блок ОЭС тоже был собран и протестирован.

Планируется, что в конце следующего года модуль подключения будет соединен с северной линией, обеспечивая доступ к волокнам и питанию через 16 оптических и электрических дистанционно управляемых сочленяемых разъемов.

«Эльфами» KM3NeT в этом году были: Розанна Кочимано (Rosanna Cocimano), Сара Пульвиренти (Sara Pulvirenti), Анджело Орландо (Angelo Orlando), Антонио Д’Амико (Antonio D'Amico), Джакомо Куттоне (Giacomo Cuttone), Джорджио Риккобене (Giorgio Riccobene), Ян Виллем Шмеллинг (Jan Willem Schmelling), Клаус Ляйзмюллер (Klaus Leismüller), Марио Седита (Mario Sedita) и Риккардо Папалео (Riccardo Papaleo).

(Текст и изображения предоставил Джорджио Риккобене.)

---

 

Новости проекта Baikal-GVD

Байкальцы успешно провели второе коллаборационное онлайн-совещание. Основное внимание было уделено онлайн-каналу передачи данных и возможностям быстрой работы системы оповещения и незамедлительного ответа на полученные уведомления. Стабильный прогресс наблюдается также в понимании низкоуровневых эффектов детектора и моделировании таких эффектов.

Время зимней экспедиции приближается. Первая группа покинет Москву в середине февраля. Коллаборация учитывает ситуацию с пандемией и сделает всё возможное для вакцинации большинства участников, используя российский препарат Sputnik-V. Первая прививка уже сделана. Защитный эффект наступает примерно через 40 дней, поэтому надо поторопиться.

---

 

Новости IceCube

Время гало на Южном полюсе!                                          

Оба зимовщика новой смены прибыли на полюс. Они сразу оказались в мире потрясающих гало.

«Святой Мартин» устанавливает лазерный дальномер и показывает, как его использовать. 

Классическое гало! Комментарии Джоша: «На этой фотографии лучшее гало, которое себе можно представить — а мы приехали сюда всего лишь две недели назад! Джон сделал этот панорамный снимок, охватив небо градусов в 100. Здесь четко видны 22-градусное гало, паргелии и паргелический круг. И еще (снизу вверх) — одна касательная, дуга Парри и околозенитная дуга. Мы наблюдаем «двойное гало», представляющее собой внутреннюю дугу и внешнюю. Скорее всего, видно и тусклое 46-градусное гало. Сказать наверняка трудно. Эти атмосферные оптические явления возникают, когда солнечный свет преломляется в ледяных кристаллах разной формы. Больше информации на: Atmospheric halos (atoptics.co.uk).

  Мартин позирует на фоне главных экспериментальных установок Южного полюса. Слева — лаборатория IceCube; посередине — установка BICEP (изначально там была расположена установка Keck Array); справа — Южный полярный телескоп (его наземная часть) и BICEP3.

 

Южный полярный телескоп (ЮПТ) и BICEP3. Детекторы BICEP3 и ЮПТ работают в диапазоне 100-200 ГГц и исследуют космический микроволновой фон, его поляризацию и модуляцию в скоплениях галактик вследствие эффекта Сюняева—Зельдовича.

(Все фотографии сделаны зимовщиками за исключением последней — она из Википедии.)

 

Проект «Аганта Кайрос» добрался до Южного полюса

Французский художник Лоран Мюло (Laurent Mulot) работает над арт-проектом под названием «Аганта Кайрос» (или «Ловля метафизического времени»). Ключевое событие этого проекта — церемония открытия мемориальных табличек «в честь нейтрино, частицы-призрака», которую ученые считают космическим посланником, а сам Лоран — связующим звеном между людьми. К настоящему моменту в проекте приняли участие исследователи, живущие или работающие в шести разных точках планеты (на Мадагаскаре, в Новой Зеландии, в Гренландии, в Антарктическом океане, на острове Поркероль в Средиземном море и на озере Байкал). Логично, что теперь пришла очередь Южного полюса и IceCube.

В прошлом году Лоран совместно с Паскалем Койлом и Жан-Арысом Джилкибаевым представили этот проект в Москве, в Музее современного искусства: https://garagemca.org/en/event/ artist-talk-by-laurent-mulot-aganta-kairos-and-the-six-oceans-with-the-participation-of-zhan-dzhikibaev-and-paschale-coyle-astrophysicists. Посетите также интернет-страницу проекта «Аганта Кайрос»: Aganta Kairos by Laurent Mulot | Institut français (institutfrancais.com).

И вот 21 декабря состоялась скромная церемония. Мемориальная табличка проекта, разработанная специально для Южного полюса, нашла свое место на крыше лаборатории IceCube. Ниже — текст таблички и фото с церемонии открытия.

«Аганта Кайрос» Ловля метафизического времени на седьмом континенте В глубинах антарктического льда, точно под географическим Южным полюсом Земли, телескоп IceCube регистрирует следы нейтрино, прилетевших из глубин нашей галактики или из внегалактической бесконечности. Арт-проект «Аганта Кайрос» уже увековечил эти призрачные частицы на берегах шести океанов. Сейчас мы приветствуем их на Южном полюсе. Первого декабря 2020 года Андреа Диксон (Andrea Dixon), Джон Хардин (John Hardin), Джош Вейч-Михаелис (Josh Veitch-Michaelis) и Мартин Вольф (Martin Wolf) присоединились к «Аганта Кайрос» и, тем самым, восславили единение тех, кто исследует космос у берегов Индийского, Тихого, Антарктического, Арктического, Атлантического океанов, а также Средиземного моря и озера Байкал. Арт-проект французского художника Лорана Мюло осуществляется благодаря любезной поддержке Кристиана Шпиринга (Christian Spiering), Джима Мадсена (Jim Madsen) и с одобрения Национального научного фонда (the National Science Foundation).

 

Андреа Диксон, Джон Хардин, Джош Вейч-Михаэлис и Мартин Вольф на церемонии открытия макета таблички проекта «Аганта Кайрос» на крыше лаборатории IceCube (оригинальную табличку привезти не удалось из-за связанных с пандемией ограничений веса при транспортировке груза на полюс).

 

Спенсер Кляйн (Spencer Klein) избран почетным членом AAAS

Спенсер Кляйн (Калифорнийский университет и Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли) был избран почетным членом Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS). Этим признается его «вклад в область науки на стыке астрофизики, ядерной физики и физики элементарных частиц, включая нейтринную астрофизику и ультра-периферийные столкновения тяжелых ионов». AAAS — одно из самых крупных мультидисциплинарных научных обществ, оно издает журнал Science и ежегодно присуждает звание почетного члена ассоциации ученым, чьи исследования содействовали развитию науки.

Поздравляем, Спенсер!

---

 

Публикации

Мы настойчиво пробиваемся к истине, но, как показывают публикации участников коллаборации ГНС этого месяца, нам это — увы! — еще не удалось.

 

1

У коллаборации ANTARES вышла статья «Search for correlations between neutrinos recorded by the ANTARES detector and GRBs detected by IACTs» (отправлена для публикации в журнал Journal of Cosmology and Astroparticle Physics и размещена на: 2011.11411.pdf (arxiv.org).

В центре внимания исследования стоят три гамма-всплеска (ГВ, GRB): знаменитое событие GRB 190114С, зарегистрированное черенковским гамма-телескопом MAGIC с достоверностью 20\(\sigma\), а также GRB 180720В и GRB 190829А, зафиксированные обсерваторией H.E.S.S. с достоверностью 5\(\sigma\) (или чуть выше). Самое недавнее из этих трех событий — GRB 190829А с красным смещением z=0,0785 — произошло на расстоянии около 1 миллиарда световых лет от нас, что является четвертью расстояния до нашего хорошего знакомого TXS 0506+056. Два другие удалены от нас примерно на 4 (180720B) и 6 (190114C) миллиардов световых лет соответственно.

Анализировались временные окна, начиная с 350 секунд до срабатывания спутниковой системы оповещения и заканчивая прекращением наблюдений атмосферными черенковскими телескопами IACT, — приблизительно 8-10 часов для ГВ, наблюдаемых обсерваторией H.E.S.S., которая зафиксировала только послесвечение гораздо позже спутникового сигнала, и чуть меньше часа для ГВ, наблюдаемого телескопом MAGIC, что охватывает непосредственную стадию излучения (плюс 40 минут после окончания наблюдений MAGIC).

Совпадений не найдено. Этот нулевой результат позволяет установить верхний предел на спектральный флюенс нейтрино и на изотропную энергетическую эквивалентность, излучаемую посредством нейтрино в энергетическом диапазоне от 5 до 95% от поиска каждого ГВ, а также сравнить эти пределы с электромагнитными наблюдениями. Верхние пределы для нейтринной изотропной энергетической эквивалентности на два-три порядка выше, чем для гамма-лучей. Пределы были также установлены на часть энергии, переходящей, соответственно, в пионы и электроны, что варьируется от \(f_{\pi}/f_e\leq 80\) для GRB 180720B и  £ несколько тысяч для двух других ГВ.

IceCube более пристально взглянул на событие GRB 190114C [ATel #12395, см. далее третью рассматриваемую здесь статью]. Интересен тот факт, что верхние пределы на спектральный флюенс нейтрино для IceCube и ANTARES приблизительно те же в рамках чувствительного энергетического диапазона 5-95% двух анализов. Источник был виден обоими детекторами над горизонтом. Результаты на уровне достоверности 90% для верхнего предела нормировки флюенса одного аромата — 0,44 ГэВ·см⁻² [от 100 TэВ до 20 ПэВ] для IceCube и 1,6 ГэВ·см⁻² [от 7 TэВ до 20 ПэВ] для ANTARES. Следует отметить, что область чувствительности ANTARES 5%-95% распространяется и на более низкие энергии, что важно, так как большинство моделей, предсказывающих ГВ, демонстрируют сильную спектральную зависимость, чем и определяют значение охвата широкого диапазона энергий. В то время как анализ IceCube был выполнен только для мюонных нейтрино, гораздо более скромное исследование ANTARES чувствительно к нейтрино всех ароматов.

С одной стороны, рассматривая все ГВ, пределы, полученные при анализе, не могут конкурировать со строгими ограничениями ANTARES и IceCube, наложенными после изучения всех накопленных ими данных о ГВ. С другой стороны, высокоэнергетические ГВ могут отличаться от ГВ среднего уровня, что автоматически делает это исследование интересным само по себе.

 

2

Коллаборация IceCube направила в журнал Astrophysics Journal статью “A search for time-dependent astrophysical neutrino emission with IceCube data from 2012 to 2017”, которая также размещена на вебсайте 2012.01079.pdf (arxiv.org).

Авторы провели сканирование всего неба без привязки к заранее предполагаемым возможным источникам и изучили данные, полученные в 2012–2017, с целью обнаружения кластеризации нейтрино высоких энергий во времени и пространстве. Никаких статистически значимых указаний на наличие зависящих от времени сигналов нейтрино обнаружено не было. Даже самый значимый очаг был сопоставим с флуктуацией фона и не соотносился ни с каким известным источником гамма-излучения. Следует отметить, что второй по значимости очаг был сопоставим с местоположением TXS 0506+056, блазара, обнаруженного в 2017 г. В рассматриваемом анализе он не был значимым, поскольку знаменитое совпадение одного нейтрино с гамма-всплеском 22 сентября 2017 года намеренно не рассматривается, а огромное значение вероятностного критерия [trial factor—https://en.wikipedia.org/wiki/Look-elsewhere_effect">https://en.wikipedia.org/wiki/Look-elsewhere_effect] сильно снижает окончательную значимость результата. 

В рассматриваемый период блазар 3C 279 проявил сильную переменность со значительным коротким гамма-всплеском, зарегистрированным телескопом Fermi-LAT 16 июня 2015 г. Это дало импульс целенаправленному изучению данного блазара в надежде обнаружить времязависимый нейтринный сигнал, взаимосвязанный с испусканием гамма-излучения. Если предположить, что испускание нейтрино находится в соответствии с интенсивностью зарегистрированных гамма-квантов, мы получаем значение p-фактора, равное 19%, что сопоставимо с фоном. Был вычислен верхний предел на уровне достоверности 90% в день наивысшей гамма-интенсивности блазара, который использовался для наложения ограничения на модель испускания нейтронов, представленную Фрэнсисом Хальзеном (Francis Halzen) и Али Хейрандишем (Ali Kheirandish) в работе 2016 года 1605.06119.pdf (arxiv.org). Эта чисто адронная модель предназначена для расчёта возможного количества нейтрино, регистрируемых детектором IceCube, в зависимости от лоренцевского буста струи блазара (Г) и энергии фотонов мишени (\(E^0_\gamma\)).  На рисунке внизу приводится сравнение экспериментального верхнего предела 2,18 событий с предсказаниями модели (для случая \(p\gamma\)-взаимодействий).

 

Количество ожидаемых треков мюонных нейтино на IceCube (для pγ-взаимодействий) в зависимости от \(E^0_\gamma /Г^2\), где \(E^0_\gamma\) — энергия фотонов мишени согласно работе Хальзена и Хейрандиша. Разные цвета соответствуют различным диапазонам энергии рождения нейтрино. Чёрная штриховая линия — полученный из анализа верхний предел на уровне достоверности 90% для однодневного блока 16 июня.

Малые отношения энергий нейтрино ведут к более жёстким пределам. В случае pg-взаимодействий исключаются большие значения \(E^0_\gamma / Г^2\) (> 10⁵), а в случае pp-взаимодействий (на рисунке не показаны) считается неприемлемым диапазон Г < 20.

 

3                                                                                                           

Коллаборация IceCube направила в журнал Astrophysics Journal статью “Follow-up of astrophysical transients in real time with the IceCube Neutrino Observatory”, размещённую также на вебсайте 2012.04577.pdf (arxiv.org). 

Начиная с 2016 года, IceCube использует данные с низкой задержкой для быстрого реагирования на интересующие астрофизические события, о которых сообщается в рамках сообщества многоканального наблюдения. В работе описывается конвейер для проведения последующих анализов и обобщаются данные 58 таких анализов, проведённых к июлю 2020 г. Ни в одном из них не выявлен значимый сигнал. Однако конвейер помог получить полезную информацию для различных стратегий электромагнитного наблюдения и наложить ограничения на испускание нейтрино из потенциальных адронных космических ускорителей, включая быстрые радиовсплески, вспышки экстремальных блазаров, яркие гамма-всплески и источники гравитационных волн.

На рисунке внизу даны для примера результаты по гамма-всплеску GRB190114C (см. также выше соответствующую работу по эксперименту ANTARES), одному из трёх (а теперь уже четырёх!) ГВ, зарегистрированных с помощью атмосферных черенковских телескопов (IACT). График показывает зависимость потока от энергии; оттенками синего цвета представлены результаты для диапазона от рентгеновских лучей до гамма-лучей высоких энергий.  Верхний предел на поток нейтрино высоких энергий, один из результатов рассматриваемой работы, показан сплошной фиолетовой линией. 

Многоволновой и многоканальный спектры ГВ GRB 190114C. Верхние ограничения на поток нейтрино показаны в предположении потока E⁻² и охватывают центральные 90% ожидаемых энергий нейтринных событий при данном спектральном предположении. Предел ANTARES взят из обсуждавшейся выше работы по эксперименту ANTARES. Экспериментальные точки поперёк электромагнитного спектра даны для двух временны́х интервалов. Самая низкая энергетическая полоса представляет контуры уровня достоверности 90% из совместной подгонки данных Swift-BAT и Swift-XRT, а полосы ГэВ и ТэВ являются контурами 1σ областей наилучших степенных функций по данным Fermi-LAT и MAGIC соответственно. Для сравнения показана возможная чувствительность (штриховая фиолетовая линия) данного анализа при том же временно́м окне наблюдения для источника у горизонта, где чувствительность оптимальна. Следует обратить внимание на то, что данный график показывает потоки (с отношением пределов ANTARES и IceCube 10/1, в отличие от отношения 4/1 для флюенсов, указанного в работе по эксперименту ANTARES, что является результатом различного времени интегрирования).

 

4

Самая последняя работа по эксперименту IceCube, “LeptonInjector and LeptonWeighter: A neutrino event generator and weighter for neutrino observatories”, доступна по ссылке 2012.10449.pdf (arxiv.org).

Оба кода, LeptonInjector и LeptonWeighter, разработаны для гигатонных черенковских нейтринных телескопов. Генератор нейтринных событий позволяет быстрое и гибкое моделирование нейтринных событий (от ГэВ до ПэВ+) внутри и вокруг объёма детектора и реализует основные нейтринные взаимодействия Стандартной модели, имеющие отношение к нейтринным обсерваториям — глубоко неупругое рассеяние нейтрино на нуклоне и аннигиляция антинейтрино и электрона. Генератор факторизует распространение в Земле и атмосфере при генерации событий. Это делает возможным оптимизированное и эффективное производство нейтринных событий. В работе обсуждается алгоритм генерации событий, весовой алгоритм и основные функции общедоступных кодов с примерами.

Иллюстрация шагов генерации событий и взвешивания в традиционных методах и с использованием философии LeptonInjector и LeptonWeighter.

---

 

Разное:

1 Конференция ICRC 2021

37-я Международная конференция по космическим лучам (ICRC 2021) пройдет с 12 по 23 июля 2021 года ОНЛАЙН.

Ссылка на сайт конференции и соответствующие даты:

International Cosmic Ray Conference 2021 (desy.de)

15 января 2021 года — Подача тезисов.

31 января 2021 года — Начало регистрации участников.

15 января 2021 года — Крайний срок подачи тезисов.

15 марта 2021 года — Принятие решения по докладам.

15 марта 2021 года — Окончание приема предложений о претендентах на премии и награды.

5 июля 2021 года — Крайний срок приема работ для включения в труды конференции.

5 июля 2021 года — Начало поздней регистрации участников.

7 июля 2021 года — Открытие, предваряющее конференцию.

12 июля 2021 года — Открытие конференции.

На сайте конференции можно подробнее познакомиться с правилами непривычного нового формата.

 

2 Новый год    

Странный и трудный год подходит к концу. Сам факт, что вы читаете этот выпуск ежемесячного бюллетеня ГНС, говорит о том, что мы, научное сообщество, сдаваться не собираемся. Мы преодолеем кризис. Ули Катц, председатель Комитета Глобальной нейтринной сети, и я, Кристиан Шпиринг, редактор-составитель ежемесячного бюллетеня ГНС, желаем всем читателям мирного и здорового Нового года и с нетерпением ждем встречи офлайн, как только это будет снова возможно.