Необичайни радиосигнали под антарктическия лед продължават да озадачават учените.
Преди няколко години изследователи, използващи детектор на космически частици в Антарктида, регистрирали серия от загадъчни радиосигнали, съобщава международен екип, в който участват и специалисти от Пенсилванския държавен университет. Между 2016 и 2018 г. антената ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna) — система от инструменти, носени от балони на голяма височина над антарктическия лед — засича странни изблици на радиовълни, каквито никога не са били наблюдавани преди. Сега ново изследване добавя допълнителен контекст към тези почти десетгодишни открития.
Мисията ANITA е създадена, за да изследва далечни космически явления чрез засичане на радиовълни, възникващи, когато космически лъчи удрят земната атмосфера. Вместо да се отразят от леда, както се очаквало, някои от сигналите изглеждали, че идват отдолу — изпод хоризонта. Тази посока противоречи на настоящите модели на физиката на частиците и кара учените да обмислят възможността ANITA да е открила нов тип частици или взаимодействия, неизвестни досега.
В търсене на обяснение
За да проучат случая, учените се обърнали към обсерваторията Pierre Auger в Аржентина. Използвайки 15 години данни за космическите лъчи, международният екип — включително изследователи от Пенсилвания — се опитал да разбере по-добре загадъчните открития на ANITA. Резултатите им наскоро били публикувани в списание Physical Review Letters.
„Радиовълните, които засекохме преди почти десет години, идваха под изключително стръмен ъгъл — около 30 градуса под повърхността на леда,“ обяснява Стефани Уисел, доцент по физика, астрономия и астрофизика и член на екипа на ANITA, търсещ сигнали от труднозасечими частици, наречени неутрино.
„Произходът на тези събития все още не е ясен, но нашето ново изследване показва, че подобни събития не са били наблюдавани от експерименти с дългосрочна експозиция като Pierre Auger. Това означава, че вероятно не става дума за нова физика, а по-скоро за още парченце информация към историята.“
Уисел обяснява, че изчисленията показват как този сигнал би трябвало да е преминал през хиляди километри твърда скала, преди да достигне детектора. При нормални условия такова пътуване би абсорбирало напълно радиовълните, правейки засичането невъзможно.
„Все още нямаме обяснение за тези аномалии,“ казва тя, „но вече знаем, че те най-вероятно не са породени от неутрино.“
Какво представляват неутриното
Неутриното са елементарни частици без електричен заряд и с изключително малка маса — най-малката от всички познати субатомни частици. Те се излъчват от високоенергийни източници като Слънцето, свръхнови и дори Големия взрив. Във всеки момент през thumbnail-а ви преминават милиарди неутрино, но те рядко взаимодействат с материята.
„Това е двуостър меч,“ казва Уисел. „Ако ги засечем, означава, че са изминали невероятно големи разстояния, без да взаимодействат с нищо. Може би наблюдаваме неутрино, идващо от края на наблюдаемата Вселена.“
След като бъдат засечени и проследени до своя източник, тези частици могат да разкрият повече за космическите събития, отколкото дори най-мощните телескопи. Тъй като пътуват почти със скоростта на светлината и без да бъдат отклонявани, те дават сведения за събития, случили се на милиарди светлинни години разстояние.
Радиоантени над леда
Уисел и нейният екип, заедно с учени от целия свят, работят върху изграждането на специални детектори, способни да улавят дори минимални неутрино сигнали. „Използваме радиодетектори, за да създаваме много големи неутрино-телескопи, защото очакваната честота на събитията е изключително ниска,“ обяснява тя.
ANITA е един от тези детектори и е разположена над Антарктида, за да се избегне всякаква радиосмущаваща намеса. Радиоприемниците, монтирани на балон, летят на около 40 километра над повърхността, като насочват антените си към леда и търсят неутрино, които взаимодействат с него, произвеждайки радиосигнали, наречени ледени душове.
Специален тип неутрино, наречен тау-неутрино, създава вторична частица – тау-лептон, която се освобождава от леда и впоследствие се разпада, губейки енергия. Това поражда въздушни душове – потоци от частици и радиация, които, ако можехме да ги видим, биха изглеждали като искри от фойерверк, движещи се в една посока.
Учените могат да различат сигналите от ледените и въздушните душове и така да определят свойствата на първоначалната частица. Обикновено посоката на сигнала показва и посоката на произхода му — подобно на това как топка отскача под същия ъгъл, под който е хвърлена. Но при аномалните сигнали на ANITA ъгълът е твърде остър и не съответства на никакъв познат модел.
Аномалии без ясен източник
След внимателен анализ на данните от няколко полета на ANITA, сравнения с математически модели и симулации на космически лъчи и въздушни душове, учените изключват всички познати възможни източници на сигналите.
Данните са били сверени и с независими детектори като експеримента IceCube и Pierre Auger, но нито един от тях не е засекъл подобни сигнали. Това кара екипа да определи сигналите като „аномални“, тоест породени от частици, които не са неутрино.
Когато сигналите били открити за първи път, някои учени спекулирали, че може да сочат към нова физика или дори към тъмна материя, но липсата на потвърждение от други експерименти значително стеснява възможностите, казва Уисел.
Следващата стъпка: новият детектор PUEO
Екипите работят по балонни мисии повече от десетилетие, а сега подготвят следващото поколение детектори. Новият инструмент, наречен PUEO, ще бъде по-голям и по-чувствителен към неутрино сигнали.
„Предполагам, че има някакъв особен ефект при разпространението на радиовълните близо до леда и хоризонта, който все още не разбираме напълно,“ казва Уисел. „Изследвахме множество възможни обяснения, но засега нито едно не се потвърждава. Затова това остава една от дългогодишните мистерии. С новия PUEO ще имаме по-висока чувствителност и ще можем да разберем по-добре тези аномалии — което е решаваща стъпка към бъдещи открития на неутрино.“
Източник: https://scitechdaily.com
