Ученые из Университета штата Пенсильвания, использующие установленные на воздушных шарах детекторы космических частиц для анализа радиоволн от космических лучей на удаленном континенте Антарктида, сообщают об аномальном обнаружении странных радиоимпульсов, которые, по-видимому, исходят из-под льда. В заявлении, объявляющем об аномальных обнаружениях, говорится, что эти «странные сигналы» противоречат современным представлениям о физике частиц и могут указывать на ранее неизвестные частицы или взаимодействия частиц.
«Это интересная проблема, потому что мы до сих пор не можем объяснить, что представляют собой эти аномалии», — сказала член исследовательской группы Стефани Уиссел, доцент кафедры физики, астрономии и астрофизики и ведущий автор исследования.
Охота за нейтрино в Антарктиде привела к обнаружению странных радиоимпульсов
Исследовательская группа заявляет, что обнаружение импульсов, казалось бы, исходящих из-под антарктического льда, безусловно, было волнующим. Однако они отмечают, что в тот момент проводили эксперимент по поиску нейтрино, и данное открытие стало счастливой случайностью.
Нейтрино — это неуловимые частицы без электрического заряда и с наименьшей известной массой среди всех субатомных частиц. Обычно они испускаются высокоэнергетическими источниками, такими как звёзды и сверхновые. Хотя модели показывают, что во Вселенной их огромное количество, обнаружить их практически невозможно, поскольку они почти не взаимодействуют с другими видами материи, а свободно проходят сквозь неё. «В любой момент через ваш ноготь проходит миллиард нейтрино, но они практически не взаимодействуют», — объяснила Уиссел. «Так что это проблема с двумя сторонами медали.
Если мы их обнаружим, это значит, что они проделали весь этот путь, ни с чем не взаимодействуя». Несколько экспериментов, размещённых в удалённых местах, чтобы минимизировать помехи, в настоящее время пытаются зарегистрировать нейтрино, включая эксперимент ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna). В отличие от детекторов, расположенных глубоко под землёй или в изолированных лабораториях, ANITA использует детекторы частиц, установленные на воздушных шарах, для поиска «ледяных ливней», возникающих при взаимодействии нейтрино.
«У нас есть радиоантенны на воздушном шаре, который летает на высоте 40 километров над льдами Антарктиды», — сказала Уиссел. «Мы направляем антенны вниз, на лёд, и ищем нейтрино, которые взаимодействуют со льдом, создавая радиоизлучение, которое затем улавливается нашими детекторами». Во время таких сканирований команда зафиксировала серию радиоимпульсов. Однако, в отличие от ожидаемых сигналов от взаимодействий космических нейтрино, они обнаружили странные радиоимпульсы, приходящие с противоположного направления. «Радиоволны, которые мы зарегистрировали, шли под очень крутым углом — примерно 30 градусов ниже поверхности льда», — пояснила Уиссел.
Обнаруженные сигналы — не нейтрино, их происхождение остаётся загадкой
После подтверждения аномальных сигналов команда провела ряд расчётов, чтобы определить их источник. По словам Стефани Уиссел, вычисления показали, что эти сигналы должны были пройти через тысячи километров твёрдой породы, прежде чем достичь детекторов ANITA. Если это так, то горная порода должна была поглотить их, не позволив детекторам зафиксировать сигнал.
Команда сопоставила данные ANITA с математическими моделями и «масштабными» симуляциями обычных космических лучей и других восходящих атмосферных ливней, чтобы убедиться, что это не нейтрино или какой-либо другой известный частичный сигнал. Это позволило им отфильтровать фоновый шум и исключить известные источники излучения.
Хотя результаты не соответствовали ни одному известному источнику радиоимпульсов, исходящих из-подо льда, Уиссел заявила, что «скорее всего, это не нейтрино». Команда также сверила странные сигналы с данными независимых экспериментов, таких как IceCube и Обсерватория Пьера Оже. Эти сравнения не выявили похожих событий, что позволило Уиссел и её коллегам охарактеризовать их как «аномалию».
«Мое предположение — что-то интересное происходит с радиоволнами у льда и у горизонта, какой-то эффект распространения, который я не до конца понимаю. Но мы, конечно, исследовали несколько таких вариантов и пока тоже не смогли найти ни одного», — сказала Уиссел. «Так что сейчас это одна из тех загадок, которые остаются неразгаданными уже давно».
Будущие исследования могут раскрыть тайну
Поскольку странные радиоимпульсы, идущие из-подо льда, не соответствуют стандартной модели физики частиц, команда допускает несколько возможных объяснений. Одно из них предполагает, что они обнаружили свидетельства существования темной материи, другое — что это может быть совершенно новый тип частицы или взаимодействия частиц. Уиссел отметила, что последующие наблюдения обсерваторий Auger и IceCube могут «сузить круг возможностей». Она также добавила, что ее команда сейчас работает над созданием нового, более крупного и чувствительного детектора под названием PUEO. Когда он будет готов, возможно, он поможет разгадать природу этих таинственных сигналов.
«Я в восторге от того, что, когда PUEO начнет работу, у нас будет лучшая чувствительность», — сказала она. «В принципе, мы должны зафиксировать больше аномалий и, возможно, наконец поймем, что они собой представляют».
«Мы также можем обнаружить нейтрино», — добавила Уиссел, — «и это, в некотором смысле, было бы гораздо интереснее».
