№ 2. Нейтрино IceCube
В решении для всех вычислений должна быть представлена формула, где искомая величина записана как явная функция известных величин, записаны подставляемые значения и только потом ответ. Если численные значения получаются из рисунков/графиков, должно быть показано, что именно измерялось.
На Южном полюсе Земли во льду на глубине – м расположены детекторы нейтринной обсерватории IceCube. На рисунке ниже показана карта в экваториальных координатах, на которой отмечены места прихода астрофизических нейтрино высоких энергий, т. е. таких нейтрино, чьи источники находятся за пределами нашей Галактики. Наблюдения велись лет. Почему отметки не заполняют карту равномерно, а группируются вдоль одной полосы?
Рисунок из R. Abbasi et al 2023 ApJ 954 75.
Автор: Е. Н. Фадеев.
Ответ
Решение. Положение оси экваториальной системы координат и всех связанных с ней кругов задается направлением оси вращения Земли. Сложно ожидать, что расположение источников излучения, находящихся за пределами нашей Галактики, тоже тоже связано ориентацией земной оси. Поэтому стоит обратиться к условиям наблюдений.
Обратим внимание, что регистрация нейтрино таких высоких энергий — это довольно редкое событие: несколько штук в месяц. Детекторы расположены на большой глубине, до которой почти не добираются частицы космических лучей. Небольшая часть прошедших космических лучей, преимущественно мюоны, всё же детектируется телескопом, причем число событий, вызванных космическими лучами, превосходит число событий, связанных с нейтрино, отчего последние сложно выделить в сильном шуме. Только при наблюдении на высотах от примерно толща льда становится достаточной, чтобы эффективно экранировать космические лучи.
Нейтрино, идущие со стороны Северного полюса, проходят через всю толщу Земли. Хоть нейтрино слабовзаимодействующие частицы, они всё же взаимодействуют с веществом Земли, отчего их поток уменьшается.
Это несколько контринтуитивный вывод, поскольку нейтрино обладают огромной длиной свободного пробега. Тем не менее с ростом энергии длина свободного пробега нейтрино уменьшается и для самых энергичных из них Земля перестаёт быть полностью прозрачной. Для нейтрино менее высоких энергий область высоких склонений на подобной карте не выделяется.