Объявлен конкурс на получение Диссертационной премии Глобальной нейтринной сети (Global Neutrino Network, GNN) за 2021 год

Комитет GNN объявляет конкурс на получение Диссертационной премии GNN за 2021 год. Эта премия присуждается седьмой год подряд. Условия участия в конкурсе:

1) Заявку может подать любой научный руководитель диссертаций.

2) Один научный руководитель может представить только одного соискателя.

3) Диссертация должна быть успешно защищена.

4) Защита должна была состояться в период с 1 апреля 2020 года по 31 марта 2021 года.

5) Научный руководитель в коротком рекомендательном письме должен указать, почему данная работа выдвигается на соискание Диссертационной премии GNN.

6) Круг языков, на которых принимаются представляемые на конкурс работы, до определенной степени ограничен наличием рецензентов из разных стран мира и научных институтов. Ожидается, что будут приниматься диссертации на английском, французском, итальянском и русском языках (при этом подразумевается, что диссертации в Германии, Дании, Швеции и Нидерландах изначально пишутся на английском языке, а в Марокко и Бельгии — на английском или французском).    

7) Также необходима двухстраничная аннотация на английском языке, написанная самим автором, если только она уже не включена в диссертацию.

8) Основным критерием выбора будет являться качество работы, а не получение лучшего предела или самого яркого результата. Поэтому премию будет возможно получить и за сугубо техническую работу или, например, за диссертацию, направленную на улучшение реконструкции событий.

Заявки на участие, включая электронные версии диссертаций (предпочтительнее в формате PDF), а также вышеназванные документы следует направлять до 15 апреля 2021 года по электронной почте Ули Катцу (Uli Katz): Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. и Дирку Рикбошу (Dirk Ryckbosch): Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

---

 

Совещание коллаборации KM3NeT

В середине февраля коллаборация KM3NeT провела свое онлайн-совещание, которое длилось более двух недель. Вы можете ознакомиться с кратким обзором здесь: A collaboration in corona times – KM3NeT.

Паскаль Койл (Paschal Coyle) принял должность руководителя коллаборации от Мауро Тайути (Mauro Taiuti), который занимал этот пост в течение четырех лет.

Вот новая команда управления KM3NeT:

— Руководитель коллаборации: Паскаль Койл (Центр физики элементарных частиц, Марсель)

— Заместитель руководителя коллаборации: Роза Конильоне (Rosa Coniglione) (Южная национальная лаборатория, Катания)

— Руководитель технических проектов: Майлс Линдсей Кларк (Miles Lindsey Clark) (Лаборатория астрочастиц и космологии, Париж)

— Руководитель по вопросам физики и программного обеспечения: Арт Хейбур (Aart Heijboer) (Нидерландский национальный институт субатомной физики Nikhef, Амстердам)

— Руководители по вопросам строительства:

• KM3NeT-Италия: Симоне Бьяджи (Simone Biagi) (Южная национальная лаборатория, Катания)
• KM3NeT-Франция: Патрик Ламар (Patrick Lamare) (Центр физики элементарных частиц, Марсель)
• KM3NeT-Греция: Катерина Цамариудаки (Katerina Tzamarioudaki) (Национальный центр научных исследований «Демокрит», Афины)

Ули Катц (Эрланген) — председатель комитета управления KM3NeT.

---

 

XIX Международная конференция по нейтринным телескопам

Закончилась 19-ая Международная конференция по нейтринным телескопам, которая проходила с 18 по 26 февраля. Ее блестяще подготовили и провели Элиза Бернардини (Elisa Bernardini) и Мауро Меццетто (Mauro Mezzetto). Высокую планку с самого начала установили доклады трех лауреатов Нобелевской премии: Шелдона Глэшоу (Sheldon Glashow), Карло Руббии (Carlo Rubbia) и Барри Бэриша (Barry Barish), за которыми последовало выступление Фрэнсиса Хальзена (Francis Halzen), где он представил хорошо известное 6,3 ПэВ-ное событие, зарегистрированное IceCube, как «событие Глэшоу». Шелдон Глэшоу в своем докладе сказал: «Ученые IceCube зарегистрировали одно событие, напоминающее так называемый «резонанс Глэшоу», который был предсказан мной более 60 лет назад. Очень бы хотелось, чтобы они увидели еще одно!».

---

 

Публикации

Исследования сверхновых на базе KM3NeT

Коллаборация KM3NeT направила в журнал EPJ C работу “The KM3NeT potential for the next core-collapse supernova observation with neutrinos” (см. 2102.05977.pdf (arxiv.org) ). 

В работе исследуются возможности двух блоков ARCA и одного блока ORCA, насчитывающих в общей сложности ∼6200 цифровых оптических модулей (ЦОМ). Общее число фотоумножителей составляет ∼200 000 (31 ФЭУ диаметром 8 см на один ЦОМ). При такой конфигурации установка KM3NeT будет чувствительна к нейтрино с энергией ∼10 МэВ от галактических и окологалактических сверхновых с коллапсирующим ядром.

В результате взаимодействия с участием нейтрино с энергией менее 100 МэВ возникает заряженный лептон (e + или e −), пролетающий расстояние до нескольких десятков сантиметров. Поскольку это расстояние слишком мало по сравнению с типичным промежутком между оптическими модулями в подводном/ледовом эксперименте, то черенковские сигнатуры невозможно восстановить как отдельные события. Вместо этого ищется когерентное увеличение скорости счёта отдельных оптических модулей. Этот принцип был впервые применён на установке AMANDA, а затем на IceCube. На рисунке ниже показана чувствительность установки IceCube к взрыву суперновой с коллапсирующим ядром (core-collapse supernova, CCSN) для звезды с массой равной 20 массам Солнца в зависимости от расстояния (см.  1108.0171.pdf (arxiv.org) ). 

 

 

Преимуществом IceCube является низкая скорость счёта фотоумножителей — около ста герц у 10-дюймового ФЭУ — благодаря отсутствию распадов 40K и биолюминесценции во льду.  

А на KM3NeT, наоборот, скорость счёта высокая. Даже у малого 8-сантиметрового ФЭУ фоновая скорость счёта составляет в среднем 7 кГц. Это сильно осложняет определение превышений скорости счёта по сравнению с IceCube и оставляет открытым вопрос о том, могут ли подводные нейтринные телескопы добавить что-либо существенное к результатам IceCube.

В обсуждаемой работе показано, что KM3NeT даёт замечательную возможность обнаружения всплеска МэВ-ных нейтрино от сверхновой. Для этого нужно выявить достаточное число ЦОМ с количеством сработавших малых ФЭУ выше некоторой пороговой величины (определяемой по фоновой скорости счёта от распадов 40K) и произвести обрезания по свету от высокоэнергетических мюонов, которые легко могут вызвать срабатывание не менее 5 малых ФЭУ в одном ЦОМ.  На следующем рисунке показано ожидаемое количество событий (что в данном случае означает количество ЦОМ) в структурном блоке KM3NeT в зависимости от числа пороговых срабатываний малых ФЭУ в ЦОМ. Следует отметить, что из-за разницы в работе фильтра мюонов фоновая скорость счёта при высоком числе срабатываний в ORCA ниже, чем в ARCA.

 

Ожидаемое число событий в структурном блоке KM3NeT в зависимости от числа срабатываний. Фон показан голубыми значками для ORCA и синими для ARCA. Сигнал представлен цветными прямоугольниками для разных моделей: 11, 27, 40 M_Sun

.

 

При соответствующих обрезаниях числа ЦОМ с количеством сработавших малых ФЭУ выше порогового можно достичь чувствительности, представленной на следующем рисунке. 

Зависимость чувствительности KM3NeT от расстояния до сверхновой в предположении исходных звёзд с 11, 27 и 40 M_Sun .

 

Наблюдаемый горизонт для открытия со значимостью 5σ охватывает практически весь Млечный Путь, а в случае очень тяжёлой исходной звезды простирается вплоть до Малого Магелланова Облака, находящегося на расстоянии ∼60 кпк. Временно́й профиль нейтринного сигнала позволяет определить время нейтринного всплеска с точностью до нескольких миллисекунд в случае источников на расстоянии до 5–8 кпк и обнаружить специфическую сигнатуру нестабильности стоячей аккреционной ударной волны, если взрыв суперновой с коллапсирующим ядром происходит не далее 3–5 кпк в зависимости от массы исходной звезды.  

Хотя KM3NeT не способен обнаружить CCSN с таких же расстояний, как IceCube, последний уступает ему по возможности определять среднюю энергию нейтрино, поскольку среднее количество ФЭУ на ЦОМ может быть фактором, позволяющим оценить энергию нейтрино с точностью менее 1 МэВ.

Как следует из доклада Арта Хейбура (Aart Heijboer) на рабочем совещании по нейтринным телескопам в Венеции, даже уже действующие шесть линий ORCA способны зарегистрировать CCSN с массой 27MSun на уровне открытия со значимостью 5σ на расстоянии до 10 кпк: добро пожаловать в сообщество по сверхновым!

В свете указанной работы, стоит обратить внимание и на статью “Combining neutrino experimental light-curves for pointing to the next Galactic Core-Collapse Supernova”, авторы: Алексис Колейро (Alexis Coleiro), Марта Коломер Молла (Marta Colomer Molla), Дамьен Дорник (Damien Dornic), Массимилиано Линчетто (Massimiliano Lincetto), Владимир Куликовский — EPJC 80, 856 (2020) и 2003.04864.pdf (arxiv.org).

 

Нейтрино из события приливного разрушения?

Две работы о возможной связи нейтрино, зарегистрированного на IceCube, и событием приливного разрушения (tidal disruption event, TDE) были опубликованы 22 февраля в журнале Nature Astronomy. 

Авторами первой работы — “A tidal disruption event coincident with a high-energy neutrino”  —являются сотрудники ZTF (Zwicky Transient Facility - Wikipedia). Вторая работа — “A concordance scenario for the observed neutrino from a tidal disruption event”  — соотносится с первой и написана Вальтером Винтером (Walter Winter) (DESY) и Чечилией Лунардини (Cecilia Lunardini) (Аризонский университет).

TDE имеет место, когда звезда, находящаяся на кеплеровой орбите, подходит достаточно близко к супермассивной чёрной дыре (supermassive black hole, SMBH) и разрушается под воздействием её приливных сил. Остатки звезды падают в SMBH с суперэддингтоновской скоростью, и при этом возникает характерная вспышка, длящаяся несколько месяцев или лет.   

Первого октября 2019 г. участники IceCube сообщили о регистрации нейтрино с энергией ~0.2 ПэВ (получившим название IC191001A). Судя по восстановленной энергии, расчётная вероятность того, что это нейтрино астрофизического происхождения, составляет 59%. Семь часов спустя на ZTF проверили направление данного нейтрино в рамках своей программы отслеживания нейтрино и установили, что радиоизлучающее TDE AT2019dsg является возможным нейтринным источником. 

Вероятность случайного обнаружения какого-либо радиоизлучающего TDE составляет 0.5%, а вероятность обнаружения TDE такой же яркости по болометрическому потоку энергии как AT2019dsg равна 0.2%. Электромагнитные наблюдения можно объяснить с помощью многозонной модели (см. рисунок) и радиоанализа, который позволяет обнаружить центральный источник, располагающийся в УФ-фотосфере и подпитывающий энергией широкие истечения синхротронного излучения. 

 

Схема зон излучения в AT2019dsg. a) Временна́я эволюция областей излучения. b) Геометрия этих областей и чёрной дыры. Размер радиоизлучающей области (серый цвет) и радиус абсолютно чёрного тела (радиус, вытекающий из измеренного потока и температуры чёрного тела по закону Штефана–Больцмана) для УФ-излучения (фиолетовый цвет) получены из данных. Радиус Шварцшильда показан на графике чёрным для массы чёрной дыры 3 × 10⁷M_⊙. Белыми линиями представлено постоянное истечение со скоростью c.

.

 

Всё это указывает на идеальное место для рождения ПэВ-ных нейтрино. Если эта взаимосвязь является реальной, то из наблюдений ZTF следует, что TDE с умеренно релятивистскими истечениями дают вклад в поток космических нейтрино. 

Коллаборация IceCube уже провела поиски взаимосвязи между выборкой TDE и набором данных по нейтрино с преобладанием низкоэнергетических событий и сообщила, что на долю тепловых TDE приходится менее 39% диффузного астрофизического потока в предположении стандартных свечей, соответствующих степенному спектру (см. ICRC2019, 1016 (PoS, 2019)). Обнаружение одной ассоциации TDE–нейтрино в рамках программы ZTF означало бы, что по крайней мере 3% оповещений об астрофизических нейтрино связано с популяцией TDE в полном соответствии с пределами, прежде установленными на IceCube.

Данные по радиоизлучению AT2019dsg дали первое прямое указание на центральный источник в таком TDE и позволили доказать, что этот центральный источник всё ещё действовал во время обнаружения нейтрино через 150 дней после оптического пика и накачивал дополнительную энергию в систему (в отличие от продолжительности всплеска, который может растягиваться на месяцы и годы). Это более долгий период, чем предполагалось во время предыдущих поисков с помощью IceCube, но он дополнительно подтверждает ещё одно многоволновое указание на возможность долгоживущего нетеплового излучения TDE. 

Поэтому будущие поиски нейтрино следует, вероятно, проводить с учётом этих более долгих временных рамок. 

Вальтер Винтер (Walter Winter) и Чечилия Лунардини (Cecilia Lunardini) представляют в своей работе сценарий феноменологической согласованности с релятивистской струей, чтобы объяснить связи между TDE и нейтрино, зарегистрированного IceCube: постепенно расширяющийся кокон закрывает рентгеновские лучи, испускаемые аккреционным диском и в то же время становится достаточно интенсивным внешним объектом обратного рассеяния рентгеновских лучей для того, чтобы порождать нейтрино в протон-протонных взаимодействиях. Они способны воспроизводить наблюдаемую задержку испускания нейтрино (по отношению к электромагнитному пику). 

Интересна будет и статья «Neutrinos from tidal disruption events» Кимитаке Хайасаки (Kimitake Hayasaki), которая появилась в том же номере журнала Nature Astronomy, в разделе Views & News. Вы можете найти ее здесь: 2102.11879.pdf (arxiv.org).