Эксперимент с детектором на воздушном шаре в Антарктиде, изначально созданный для регистрации космических радиоволн, неожиданно зафиксировал странные сигналы, по всей видимости исходящие из глубин льда. Эти сигналы бросают вызов современному пониманию физики элементарных частиц.
Антарктическая импульсная переходная антенна (ANITA) представляет собой набор радиоантенн, поднимаемых на воздушных шарах NASA на высоту от 30 до 39 километров над поверхностью Антарктиды. В последние годы детектор зарегистрировал радиоимпульсы, которые, кажется, поднимаются из-под земли.
Cоавтор исследования Стефани Виссел, профессор физики в Университете Пенсильвании, сказала:
ANITA обнаружила эти сигналы под действительно крутыми углами, примерно 30 градусов ниже поверхности льда.
Это предполагает, что радиоимпульсы прошли через 6000-7000 километров твердой породы, чтобы достичь детектора – что теоретически невозможно.
Согласно современным моделям физики элементарных частиц, эти радиоимпульсы должны были полностью поглощаться породой, делая их обнаружение невозможным.
Это интересная проблема, потому что у нас до сих пор нет объяснения этим аномалиям.
Она и её коллеги опубликовали свои выводы в журнале Physical Review Letters в марте.
Основная цель ANITA – собирать информацию о событиях в глубоком космосе путем анализа сигналов, достигающих Земли. Этот эксперимент играет ключевую роль в поиске нейтрино – неуловимых частиц без заряда и с наименьшей массой среди всех субатомных частиц.
Нейтрино широко распространены во Вселенной – они постоянно проходят сквозь нас – и обычно исходят от высокоэнергетических источников, таких как Солнце или сверхновые звезды. Проблема в том, что их сигналы крайне сложно обнаружить. ANITA пытается преодолеть эту проблему, улавливая радиоизлучение, которое нейтрино испускают при взаимодействии с антарктическим льдом.
Когда детектор на воздушном шаре пролетает над ледяными просторами, он ищет "ледяные ливни" – каскады частиц, возникающие при столкновении нейтрино с поверхностным льдом. Эти частицы создают радиосигналы, которые ANITA способна обнаружить. Взаимодействующие со льдом нейтрино также производят вторичную частицу, называемую тау-лептоном, которая постепенно распадается и теряет энергию. Этот распад вызывает другой тип излучения, известный как "воздушный ливень".
Однако необычно острый угол аномальных сигналов исключил возможность того, что они исходят от взаимодействующих со льдом нейтрино или производимых ими тау-лептонов. Виссел и её коллеги проанализировали данные с нескольких полетов ANITA и сравнили их с математическими моделями и симуляциями как космических лучей, так и воздушных ливней. Это позволило исключить возможность того, что ANITA регистрирует другие известные сигналы, основанные на частицах.
Исследователи сравнили данные ANITA с результатами других крупных детекторов нейтрино, таких как эксперимент IceCube и обсерватория Пьера Оже, чтобы выяснить, зафиксировали ли они аналогичные аномалии. Ответа они не нашли – другие детекторы не зарегистрировали ничего, что могло бы объяснить аномалии ANITA. Единственное, что Виссел и её коллеги могут сказать с уверенностью, это то, что частицы, вызывающие странные сигналы, не нейтрино.
Нынешняя предварительная гипотеза о природе этих аномалий заключается в том, что вблизи льда и горизонта происходит какой-то интересный эффект распространения радиоволн, который ученые пока полностью не понимают.
Ученые ожидают, что смогут должны зафиксировать больше аномалий, и это продвинет их в понимании явления.
