Кілька років тому вчені за допомогою детектора космічних частинок (ANITA) NASA в Антарктиді зафіксували низку радіосигналів, які досі не піддаються поясненню.
У період з 2016 по 2018 рік Антарктична імпульсна перехідна антена (ANITA), що являє низку приладів, встановлених на висотних аеростатах над льодами Антарктиди, зафіксувала дивні сплески радіосигналів, не схожі ні на що з відомих спостережень. ANITA призначена для вивчення далеких космічних явищ шляхом реєстрації радіохвиль, що виникають під час потрапляння космічних променів в атмосферу Землі.
Що ж це було?
Деякі з зафіксованих сигналів замість того, щоб відбиватись від криги, ймовірно, надходили з під неї. Такий напрям суперечить сучасним моделям фізики елементарних частинок. Тоді здавалось, що ANITA зафіксувала невідомі частинки або новий вид взаємодії. У рамках подальших досліджень науковці звернулись до обсерваторії П’єра Оже в Аргентині. Вони проаналізували інформацію про космічні промені за останні 15 років.
“Радіохвилі, які ми виявили майже десять років тому, падали під дуже крутими кутами, приблизно на 30° нижче поверхні льоду. Хоча причина досі незрозуміла, наше нове дослідження показує, що подібні події не були зафіксовані в експериментах із тривалою експозицією, подібних до обсерваторії П’єра Оже. Таким чином, це не означає, що з’явилася нова фізика, а скоріше додає додаткову інформацію до історії”, — пояснює науковиця з кафедри фізики, астрономії та астрофізики з команди ANITA Стефані Віссел.
За її словами, відповідно до розрахунків, незвичайному сигналу треба було б подолати тисячі кілометрів твердої породи, щоб досягти детектора. За звичайних умов радіосигнали повністю б поглинулись і не могли б бути виявлені.
“Це цікава проблема, тому що у нас досі немає пояснення тому, що являють собою ці аномалії, але ми точно знаємо, що вони, швидше за все, не є нейтрино”, — підкреслює Віссел.
Нейтрино не мають заряду, а їхня маса найменша серед усіх інших субатомних частинок. Зазвичай вони походять від джерел високої енергії, наприклад, Сонця, або виникають внаслідок масштабних та потужних космічних подій, як от вибухи наднових. Сигнали нейтрино доволі поширені, однак виявити їх не так вже й легко.
“Будь-якої миті через ваш ніготь великого пальця проходить мільярд нейтрино, але вони практично не взаємодіють одне з одним. Таким чином, це палиця з двома кінцями. Якщо ми виявляємо їх, це означає, що вони пройшли весь цей шлях, ні з чим не взаємодіючи. Можливо, ми реєструємо нейтрино, що прилітають з краю Всесвіту, що спостерігається”, — зазначає Стефані Віссел.
Науковиця підкреслила, що у разі виявлення та відстеження джерела ці частинки можуть розкрити більше інформації про космічні явища, ніж найпотужніші телескопи. Наразі Стефані Віссел та групи дослідників по всьому світу працюють над створенням детекторів для реєстрації чутливих сигналів від нейтрино. ANITA — один з таких детекторів, і він був розміщений в Антарктиді, оскільки там малоймовірне виникнення перешкод від інших сигналів. Щоб зафіксувати сигнали випромінювання, радіодетектор, встановлений на повітряній кулі, пролітає над ділянками льоду, фіксуючи так звані крижані зливи.
“Ці радіоантени встановлені на повітряній кулі, яка літає на висоті 40 км над льодом Антарктиди. Ми спрямовуємо антени вниз, на лід, і спостерігаємо нейтрино, які взаємодіють з льодом, створюючи радіовипромінювання, яке потім реєструється нашими детекторами”, — розповідає Віссел.
Ці частинки, звані тау-нейтрино, утворюють вторинні тау-лептони, які вивільняються з льоду та розпадаються. Це призводить до викидів, відомих як атмосферні зливи.
Віссел зазначає, що якби ці зливи можна було б спостерігати неозброєним оком, вони виглядали б як бенгальські вогники. Дослідники можуть розрізняти два сигнали — крижаний та атмосферний — щоб визначити характеристики частинки, яка їх утворила.
Ці сигнали потім можна відстежити аж до джерела. Однак аномальні радіосигнали таким чином прослідкувати неможливо через вкрай гострі кути, непередбачені сучасними моделями.
Нейтрино чи щось інше
Проаналізувавши дані за результатами кількох польотів ANITA, і порівнявши їх з математичними моделями та великими симуляціями як звичайних космічних променів, так і висхідних атмосферних злив, дослідники змогли відфільтрувати фоновий шум і виключити ймовірність наявності інших відомих сигналів, пов’язаних з частинками. Вчені порівняли сигнали з інших незалежних детекторів, зокрема, IceCube та обсерваторії П’єра Оже, щоб з’ясувати, чи були отримані дані про висхідні атмосферні зливи, аналогічні виявленим ANITA, в ході інших експериментів.
“Я припускаю, що поблизу льоду і біля обрію спостерігається якийсь цікавий ефект поширення радіохвиль, який я до кінця не розумію. Ми, звичайно, досліджували кілька таких ефектів, але поки що не змогли виявити жоден з них. Так що зараз це одна з давніх загадок, і я рада, що коли ми запустимо PUEO, у нас буде вища чутливість. В принципі, ми зможемо краще зрозуміти ці аномалії, що матиме велике значення для розуміння нашого фону і, зрештою, для виявлення нейтрино в майбутньому, — наголошує науковиця.
Аналіз не виявив нічого схожого у даних з інших обсерваторій. Віссел підкреслила, що наразі триває робота над більшим і точнішим детектором PUEO для виявлення сигналів від нейтрино.
Результати опубліковані у журналі Physical Review Letters
Джерело: SciTechDaily
