Нейтрино — почти неуловимые частицы-призраки, которые проходят сквозь Землю, не замечая её, потому что почти не взаимодействуют с веществом. Но иногда одна из них врезается в атомное ядро воды, и тогда рождается целый сноп частиц: мюоны, протоны, пионы. Поймать этот момент — всё равно что сфотографировать пулю, попавшую в яблоко, с расстояния в километр.

В японской лаборатории J-PARC пучок нейтрино направили на бак с водой, внутри которого лежала стопка фотоплёнки — ядерной эмульсии, чувствительной к заряженным частицам. Когда частица пролетала сквозь плёнку, она оставляла след из крошечных зёрен серебра, как лыжник оставляет борозду на снегу. Проявив плёнку, учёные увидели 82 чётких следа от столкновений нейтрино с водой. Это лишь 5% от всего объёма воды, который был в баке.

Каждый след измерили под микроскопом: длину, угол, изгиб. Так восстановили, с какой скоростью и в каком направлении вылетали протоны и другие частицы. Оказалось, что протоны чаще вылетают под более широким углом, чем предсказывала компьютерная модель, которую используют в эксперименте T2K. Это расхождение может быть просто случайностью из-за малого числа событий, но оно напоминает трещинку на стекле: пока не проверишь внимательнее, не знаешь, разрастётся ли она.

Главная ценность работы — впервые удалось разглядеть протоны с очень маленькой энергией, всего 200 МэВ. Для сравнения, энергия покоя протона — около 938 МэВ, то есть пойманные протоны двигались медленно, как пешеходы после толчка. Раньше такие медленные протоны тонули в шуме, а теперь у учёных есть метод их ловить. Когда в будущем соберут в десять раз больше данных, эта методика поможет точно настроить модели взаимодействия нейтрино с веществом — а это важно для понимания, почему во Вселенной так много материи и так мало антиматерии.