XENONnT впервые зафиксировал сигналы рассеяния низкоэнергетических солнечных нейтрино на электронах

Ученые коллаборации XENON недавно объявили о первом наблюдении явления рассеяния низкоэнергетических солнечных нейтрино на электронах в детекторе частиц XENONnT. Соответствующие результаты были представлены 31 августа 2026 года на семинаре, состоявшемся в Национальной лаборатории Гран-Сассо Национального института ядерной физики Италии. Ключевую роль в эксперименте сыграла команда профессора Тересы Марродáн Ундагоитии и доктора Харди Зимгена из Института ядерной физики Общества Макса Планка.

Термоядерный синтез в недрах Солнца непрерывно порождает огромное количество нейтрино: каждую секунду через каждый квадратный сантиметр Земли проходят десятки миллиардов этих частиц. Поскольку нейтрино крайне слабо взаимодействуют с веществом, их детектирование всегда было одной из сложнейших задач экспериментальной физики частиц. Осуществленное в XENONnT измерение позволило расширить диапазон прямого наблюдения нейтрино по энергии примерно до 17 килоэлектронвольт (кэВ), что стало самым низким энергетическим порогом для нейтрино, достигнутым на сегодняшний день. Зарегистрированный сигнал в основном обусловлен «pp-нейтрино», то есть нейтрино, рождающимися в реакции протон—протонного синтеза на Солнце; такие нейтрино составляют основную часть солнечного нейтринного излучения.

Детектор XENONnT расположен на глубине около 1400 метров под землей в горном массиве Гран-Сассо в Италии; в его создании и эксплуатации участвуют около 30 международных исследовательских институтов. Центральным элементом установки является двухфазная ксеноновая времяпроекционная камера, содержащая 5,9 тонны высокочистого жидкого ксенона, которая регистрирует слабые вспышки света и ионизационные сигналы, возникающие при взаимодействии частиц. Вокруг центрального детектора размещены два водных черенковских детектора для идентификации фоновых сигналов от нейтронов и μ-мезонов, приходящих из космических лучей.

Изначально XENONnT предназначался главным образом для поиска гипотетических частиц темной материи в Млечном Пути. Ранее на этой установке уже наблюдалось когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах, вызванное высокоэнергетическими солнечными нейтрино. Получение сигнала рассеяния низкоэнергетических солнечных нейтрино на электронах свидетельствует о том, что один и тот же детектор, продолжая поиски темной материи, может также использоваться для изучения вопросов физики нейтрино.

Для регистрации чрезвычайно слабых сигналов низкоэнергетических нейтрино необходимо максимально снижать и точно количественно оценивать фон детектора. Коллаборация XENON на протяжении длительного времени проводит отбор материалов, а также использует специализированную криогенную дистилляционную систему для непрерывного удаления радона из ксенона; кроме того, идентифицируются и количественно оцениваются такие источники низкофоновой радиоактивности, как β-распад изотопов свинца и криптона, а также следовые γ-излучения материалов детектора.

Коллаборация отмечает, что технологии сверхнизкого фона, разработанные для XENONnT и его предшественника XENON1T, заложат основу для детекторов жидкого ксенона следующего поколения. Запланированный эксперимент XLZD будет содержать примерно в десять раз больше ксенона, чем XENONnT, что, как ожидается, позволит дополнительно повысить чувствительность к темной материи и с более высокой точностью измерять низкоэнергетические солнечные нейтрино, создавая новые экспериментальные возможности для исследований в области физики нейтрино и других редких процессов.