1. ВВЕДЕНИЕ
Нейтрино высоких энергий, регистрируемые на Земле, рождаются в следующих процессах:
1) заряженные частицы (протоны и ядра), ускоренные ударными волнами в астрофизических источниках, взаимодействуют со сброшенной оболочкой (звездным ветром, остатком сверхновой и другим веществом) или интенсивными электромагнитными полями вблизи источника, генерируя мезоны в двух типах реакций p+p→π±(K±, K0, …)+X, p+γ→π±+X; в слабых распадах (π, K)-мезонов и продуктов их распада - мюонов - рождаются нейтрино π± → μ± + νμ(νμ), K± →μ± + νμ(νμ), μ± → e± + νe(νe) + νμ(νμ);
2) космические лучи (протоны и ядра), покинувшие область ускорения, взаимодействуют с веществом, электромагнитными полями межзвездной среды и реликтовым излучением, генерируя так называемые космогенные нейтрино;
3) космические лучи, взаимодействующие с атмосферой Земли, являются источником атмосферных нейтрино.
Нейтрино высоких энергий от распадов мезонов и барионов, рождающихся в соударениях космиче-ских лучей с ядрами атомов атмосферы Земли, образуют неустранимый фон при детектировании ней-трино от астрофизических источников, расположенных в Галактике или за ее пределами. Проблема спектра атмосферных нейтрино чрезвычайно актуальна: обработка данных эксперимента IceCube (Южный Полюс) за 2010-2013 гг. выявила 37 событий с энергиями 30 ТэВ - 2 ПэВ от нейтрино внеатмосферного происхождения [Aartsen et al., 2013a, 2013b, 2014]. Астрофизическое происхождение этих нейтрино подтверждается на уровне статистической значимости выше пяти стандартных отклонений от ожидаемого фона атмосферных мюонов и нейтрино, который по оценкам экспериментаторов составляет 15 событий. Регистрация событий от нейтрино с энергиями порядка 1 ПэВ на установке IceCube существенно меняет оценку вклада распадов очарованных частиц в поток атмосферных нейтрино - важной составляющей фона для астрофизических нейтрино высоких энергий. Эта компонента атмосферных нейтрино - «прямые» нейтрино - до сих пор не зарегистрирована нейтринными телескопами, и нельзя исключить, что часть событий, отнесенных к астрофизическим нейтрино в эксперименте IceCube, обусловлена именно вкладом распадов очарованных мезонов и барионов (D±, D0, D0, Ds±, Ac±), рождающихся в атмосфере.
Обработка данных нейтринного телескопа IceCube за 641 день (2010-2012 гг.) при понижении порога для нейтрино показала [Aartsen et al., 2015a], что в Южном полушарии доминирует астрофизическая компонента нейтринного потока с энергией выше 10 ТэВ. Полное число событий от астрофизи-ческих нейтрино при таком низком пороге возросло до . Подобное развитие событий было предсказано в работах [Sinegovskаya et al., 2013, 2015] на основе анализа измеренных в эксперименте IceCube спектров атмосферных нейтрино [Abbasi et al., 2011; Aartsen et al., 2013c, 2015c].
Распады заряженных и нейтральных каонов - важнейший источник нейтрино и в то же время фактор значительных неопределенностей расчета спектров νμ(νμ), νe(νe). В работе представлен подробный анализ основных источников атмосферных электронных нейтрино: потоки νe примерно на порядок меньше потоков νμ, поэтому представляют сравнительно низкий фон для астрофизических нейтрино. Особый интерес представляет вклад полулептонного трехчастичного распада нейтрального Ks0-мезона. Показано, что редкие распады короткоживущего -мезона при энергиях выше 100 ТэВ дают более 30 % полного потока νe + νe.
Расчет энергетических спектров атмосферных электронных и мюонных нейтрино в интервале энергий 100 ГэВ - 10 ПэВ выполнен в рамках подхода [Наумов, Синеговская, 2000; Kochanov et al., 2008; Кочанов и др., 2013] для известных моделей адрон-ядерных взимодействий SIBYLL-2.1 [Ahn et al., 2009], QGSJET-II-03 [Калмыков, Остапченко, 1993; Kalmykov et al., 1997; Ostapchenko, 2008] и модели Кимеля-Мохова [Кимель, Мохов, 1974] с использованием двух параметризаций спектра космических лучей, включающих излом спектра - модели Зацепина-Сокольской (ZS) [Zatsepin, Sokolskaya, 2006] и Хилласа-Гайссера (HGm) [Gaisser, 2012]. Приведено сравнение расчета с новой обработкой данных IceCube по спектрам атмосферных нейтрино и с первым измеренным значением флейворного отношения [Aartsen et al., 2015b, 2015c].
