Международное рабочее совещание по нейтринным телескопам очень большого объема VLVnT (Very Large Volume Neutrino Telescopes)

В этом году VLVnT имело большой успех. Всего зарегистрировались 285 участников, и, хотя на пленарных заседаниях присутствовали лишь 140 из них, столько участников на рабочем совещании не было никогда.  

Доклады напоминали стандартные выступления симпозиума MANTS (Mediterranean-Antarctic Neutrino Telescope Symposium), правда, их было гораздо больше (MANTS длится обычно всего полтора дня). Подвести общий итог выступлений — задача невыполнимая. Посмотрите, какой обширной была программа: https://indico.ific.uv.es/event/3965/timetable/#all.

На заключительном заседании, которое проходило под руководством Ули Катца (Uli Katz), Хуанде Cорноcа (Juande Zornoza) провел шутливый опрос «Ставки на VLVnT 2031». Ученые участвовали в нем онлайн. Сами вопросы, а также ответы приведены ниже. Ну а я воспользуюсь случаем и прокомментирую их. :)  

В ответах на первый вопрос явное предпочтение отдается «другому активному галактическому ядру»:

 

 

Тем, кто выбрал вариант ответа «Какое-нибудь жуткое чудище неизведанных глубин», советую найти в сети статью “Russian Scientists Have Not Been Eaten by Prehistoric Monster”. 

 

Четко выделяется и самый популярный ответ на вопрос 2:

 

 

Какой неприятный вариант ответа под номером 4:

 

(Мой ответ — 5, если будут учитываться и радиоволны.)

 

Доказательство того, что все мы оптимисты. Или как сказал однажды Фрэнсис Хальзен (Francis Halzen): «Мы ничего не можем гарантировать, но история на нашей стороне».

 

 

… и кем. :)

 

Если учесть недавнюю статью Бартоша и др. (Bartos et al.) (2105.03792.pdf (arxiv.org), см. последнюю страницу этого выпуска), доля неизвестных источников составляет 28%, поэтому правильный ответ на этот вопрос должен был бы быть — 72%. Хорошо, когда есть точные оценки!

 

 Секторная диаграмма ожидаемых долей нейтринного потока IceCube от трех типов источников с четко определенными направлениями прихода нейтрино, а также остаточный поток от неизвестных источников (другие источники). 

(Прим. перев. — AGN (active galactic nucleus) / активное галактическое ядро; TDE (Tidal Disruption Event) / событие приливного разрушения; blazar / блазар; other / другой источник.)

 

 

Кто посмел не проголосовать за последний вариант ответа?

 

 

Кто посмел не проголосовать за разнообразие?

 

Ну а с последним вопросом всё ясно: ученые из KM3NeT/ANTARES/P-ONE проголосовали за китов, из BAIKAL-GVD и IceCube — за темную материю (потому что у них китов нет). А непреклонные чудаки, сторонники физики за пределами Стандартной модели, выбрали нуклеариты, монополи и стерильные нейтрино.

 

 

Ули Катц в своей заключительной речи затронул три основные темы: прошедшую дискуссию о нейтринной физике и о роли нейтринных телескопов, инициативу расширенного сотрудничества между коллаборациями этих телескопов и будущее рабочего совещания VLVnT и симпозиума MANTS. Мнения участников по последним двум вопросам разделились.

Вот краткие выводы Ули, взятые из его презентации, а также записанные после дискуссии:

В нейтринной физике мы прошли долгий путь от первых попыток использования данных, полученных с помощью нейтринного телескопа, для исследования «паразитных» осцилляций до новых, захватывающих, в какой-то степени передовых результатов, а также до создания специальных детекторов, таких как IceCube/DeepCore, IceCube Upgrade и KM3NeT/ORCA. Охватывается широкий круг физических вопросов, включая физику за пределами Стандартной модели (стерильные нейтрино, нестандартные взаимодействия, …), обсуждается и перспективное предложение по использованию установкой ORCA пучка меченых нейтрино из Протвино. 

Одна из тем, поднятая во время дискуссии, касалась истории наших экспериментов и общего развития нашей области. Практика последнего времени — сравнивать друг с другом проекции будущих величин чувствительности на сегодняшние измерения — не всегда дает ясную картину. 

Обсуждался и широкий спектр физических задач, которые могут быть решены с помощью нейтринных телескопов. Это может стать не только основной точкой притяжения для молодых ученых, но и источником определенных трудностей при запросах финансирования, например, когда вас попросят расставить приоритеты. Тай де Йанг (Ty de Young) рассказал, что в США оба эти аспекта рассматриваются как дополняющие друг друга, а не как конкурирующие друг с другом. Ольга Ботнер (Olga Botner) отметила, что в Европе у исследований по физике частиц с помощью телескопов нет серьезной поддержки ни от сообщества физики частиц, ни от астрофизического сообщества.

Еще до начала рабочего совещания Карлос де лос Эрос (Carlos de los Heros) предложил Ули и Кристиану создать в рамках Глобальной нейтринной сети несколько рабочих тематических групп с участием экспертов коллабораций. Цель — взаимная выгода от обмена информацией по методам анализа данных и моделированию, а также начало совместных анализов данных в будущем. Подавляющее большинство участников совещания поддержали идею (см. следующий вопрос), и она будет рассмотрена комитетом GNN в ближайшее время.

 

 

На очередной встрече 21 апреля комитет GNN обсуждал будущее рабочего совещания VLVnT и симпозиума MANTS (см. апрельский выпуск бюллетеня GNN Monthly). Планируется объединить оба мероприятия и впредь проводить их скорее как открытые совещания GNN, чем конференции по астрочастицам. Детали всё еще обсуждаются. Присутствовавшие выразили свою чрезвычайную заинтересованность в участии в совещаниях такого рода, но мнения разошлись по вопросу, какими они должны быть, как часто проходить и будут ли публиковаться труды (см. результаты опроса ниже). Позже с учетом высказанных мнений комитет GNN примет решение.

В заключение Ули поблагодарил организаторов, научный совет, спикеров, председателей сессий, участников и поздравил всех с успешно проведенным рабочим совещанием. Он подчеркнул, что коллаборации оказали весомую поддержку в определении актуальных тем и при подготовке докладов.

Принимая всё это во внимание, последний вопрос можно воспринимать как комплимент принимающей стороне из Института физики элементарных частиц.

 

---

 

Новости коллаборации KM3NeT

После успешного завершения морского этапа работ в середине апреля 2021 года все шесть регистрирующих блоков (detection units, DUs) на площадке KM3NeT/ARCA работают. Детектор был пущен в эксплуатацию и стабильно набирает данные с 13 мая.

На VLVnT были представлены первые результаты, которые учитывают предварительное время и позиционные калибровки. Восстановленные зенитные углы мюонных треков показаны на Рис. 1 вместе с результатами моделирования методом Монте-Карло. Согласие с результатами моделирования находится на уровне 20%. Улучшение ожидается после того, как будет проведена более точная калибровка.  На установке ARCA6 достигнуто разрешение по зенитному углу около 0,6˚. Анимационный ролик, прекрасно демонстрирующий одно из этих реконструированных событий, вы можете посмотреть здесь.

 

Рис. 1. Косинус восстановленных зенитных углов для данных, собранных детектором ARCA-6DU за 82 часа, в сравнении с моделированием Монте-Карло. 

 

С введением в эксплуатацию двух детекторов из шести гирлянд ARCA6 и ORCA6 эффективная площадь установки KM3NeT стала равной, а при достаточно высоких энергиях даже большей, чем эффективная площадь установки ANTARES, как это видно из следующего рисунка.

 

Рис. 2. Эффективная площадь регистрации нейтрино детекторов ARCA6 и ORCA6 для восходящих треков в сравнении с ANTARES. 

 

 

Интересные новые публикации

1. Коллаборация «Ковер» опубликовала статью «Observation of photons above 300 TeV associated with a high-energy neutrino from the Cygnus Cocoon region» на 2105.07242.pdf (arxiv.org). «Ковер» — это эксперимент на базе Баксанской нейтринной обсерватории по регистрации атмосферных ливней. Он состоит из центрального детектора с жидким сцинтиллятором площадью 200 м2 («Ковер»), пяти небольших внешних регистрирующих станций и экранированного детектора площадью 175 м2 с порогом 1 ГэВ для вертикальных мюонов.    

В ноябре 2020 года IceCube сообщил о нейтринном событии с энергией около 150 ТэВ из области предполагаемого галактического певатрона — «Кокон Лебедя». Коллаборация «Ковер» сообщает о наблюдении превышения атмосферных ливней на уровне 3,1 сигма из того же направления. Превышение согласуется с кандидатом  на электромагнитную вспышку длительностью в несколько месяцев с энергиями фотонов, превышающие 300 ТэВ. День регистрации нейтринного события входит в этот период. Флюенс гамма-всплеска того же порядка величины, как и ожидаемый из нейтринных наблюдений с учетом стандартных механизмов рождения нейтрино. Авторы рассматривают данный факт как первое подтверждение одновременного рождения в галактическом источнике высокоэнергетических нейтрино и гамма-лучей. Детектору IceCube стоит заглянуть в свои архивные данные, как это уже было при обсуждении события TXS 0506+056.

 

2. 17 мая в Nature вышла статья коллаборации LHAASO: «Ultrahigh-energy photons up to 1.4 Petaelectronvolts from 12 γ-ray Galactic sources». Авторы сообщают о регистрации более 530 фотонов с энергиями свыше 100 ТэВ и до 1,4 ПэВ (!) от 12 источников гамма-излучения сверхвысоких энергий со статистической значимостью более семи стандартных отклонений. Несмотря на то, что вблизи есть несколько потенциальных кандидатов (включая туманность с ветром пульсара, остатки сверхновых и областей звездообразования), певатроны, которые могли бы стать источником гамма-лучей сверхвысоких энергий, пока четко не определены и не локализованы (за исключением Крабовидной туманности), что оставляет вопрос об их происхождении открытым.

 

3.  Последняя по порядку, но не по значению статья, которую я упоминал на стр. 2: «The IceCube Pie Chart: Relative Source Contributions to the Cosmic Neutrino Flux» (arXiv:2105.03792). Основываясь на предыдущих пяти случаях «идентификации источника» (3 блазара, 1 активное галактическое ядро, 1 событие приливного разрушения) и принимая во внимание интенсивность блазара, активного галактического ядра и события приливного разрушения, авторы определили следующие вклады этих объектов в диффузный поток IceCube: активное галактическое ядро — 0,36 ± ^0,31 _0,27, блазары — 0,06 ± ^0,06 _0,04, событие приливного разрушения — 0,32 ± ^0,30 _0,24, другие — 0,28 ± ^0,38 _0,25. Необходимо отметить, что относительно небольшой вклад от блазаров (несмотря на 3 случая «идентификации источника») можно объяснить тем, что блазары редки и потому проще определяются посредством многоканальных исследований, чем более распространенные типы источников с приблизительно равными вкладами. 

Хотя только с этими пятью случаями ассоциации событий погрешности до смешного большие и статью можно рассматривать не более, чем упражнение,  этот метод может дать очень интересные результаты после добавления новых данных от всех трех активных на сегодняшний день экспериментов.