Impulsuri radio ciudate detectate provenind din gheaţa din Antarctica

Un detector de particule cosmice din Antarctica a emis o serie de semnale bizare care sfidează înţelegerea actuală a fizicii particulelor, potrivit unui grup internaţional de cercetare din care fac parte şi oameni de ştiinţă de la Universitatea Penn State, potrivit PHYS.ORG.

Impulsurile radio neobişnuite au fost detectate de experimentul ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna), un set de instrumente transportate de baloane la mare altitudine deasupra Antarcticii, concepute pentru a detecta unde radio produse de raze cosmice care lovesc atmosfera.

Scopul experimentului este să ofere perspective asupra evenimentelor cosmice îndepărtate prin analizarea semnalelor care ajung pe Pământ.

Spre deosebire de semnalele reflectate de gheaţă, aceste unde radio păreau să provină de sub orizont, o orientare inexplicabilă conform fizicii particulelor actuale şi care ar putea sugera existenţa unor particule sau interacţiuni noi, necunoscute până acum, a declarat echipa de cercetători.

Rezultatele au fost publicate în revista Physical Review Letters.

„Undele radio pe care le-am detectat veneau din unghiuri foarte abrupte, la aproximativ 30 de grade sub suprafaţa gheţii”, a spus profesorul asociat de fizică şi astrofizică Stephanie Wissel, care a lucrat cu echipa ANITA în căutarea semnalelor de la particule greu de detectat numite neutrini.

Ea a explicat că, potrivit calculelor, semnalul anormal ar fi trebuit să treacă şi să interacţioneze cu mii de kilometri de rocă înainte să ajungă la detector, fapt care ar fi trebuit să facă semnalul radio nedetectabil deoarece ar fi fost absorbit de rocă.

„Este o problemă interesantă, pentru că nu avem încă o explicaţie clară pentru aceste anomalii, dar ştim sigur că cel mai probabil nu sunt generate de neutrini”, a mai spus Wissel.

Ce sunt neutrinii?

Neutrinii sunt particule fără sarcină electrică şi cu cea mai mică masă dintre toate particulele subatomice cunoscute. Sunt extrem de abundenţi în univers, emişi de surse cu energie mare precum Soarele, supernovele sau chiar Big Bang-ul.

„În fiecare moment, un miliard de neutrini trec prin unghia degetului tău mare, dar nu interacţionează aproape deloc cu materia. Dacă reuşim să-i detectăm, înseamnă că au călătorit toată această distanţă fără să se ciocnească de nimic. Am putea detecta un neutrin venit de la marginea universului observabil”, a explicat Wissel.

Odată detectaţi şi urmăriţi până la sursă, aceşti neutrini pot dezvălui mai multe informaţii despre evenimentele cosmice decât telescoapele cele mai performante, pentru că ei călătoresc aproape cu viteza luminii şi nu sunt deviaţi sau opriţi de alte obiecte.

Wissel şi alte echipe din lume dezvoltă detectoare speciale pentru a capta aceste semnale rare. Chiar şi un singur semnal conţine informaţii valoroase.

„Folosim detectoare radio pentru a construi telescoape uriaşe pentru neutrini, tocmai pentru că rata de apariţie a acestor evenimente este foarte mică”, a adăugat ea.

Wissel a proiectat experimente în Antarctica şi America de Sud.

Cum funcţionează ANITA?

ANITA este unul dintre aceste detectoare, iar Antarctica a fost aleasă pentru că are puţine interferenţe radio. Detectorul radio ataşat unui balon zboară deasupra gheţii şi caută semnale produse de neutrini care interacţionează cu gheaţa.

Neutrinii tau, un tip special, pot produce o particulă secundară numită tau lepton, care iese din gheaţă şi se dezintegrează, generând aşa-numitele ploi de particule (air showers).

Dacă ar fi vizibile cu ochiul liber, ar putea arăta ca o lumânare scânteietoare care se mişcă într-o singură direcţie, cu scântei care îi urmează traiectoria, a explicat Wissel.

Semnalele pot fi analizate pentru a identifica tipul de particulă care le-a produs, dar noile semnale nu se încadrează în modelele actuale — unghiul sub care sunt detectate este prea abrupt.

Au fost verificate şi alte detectoare

Cercetătorii au analizat date de la mai multe zboruri ANITA şi le-au comparat cu modele matematice şi simulări, pentru a exclude zgomotul de fond. De asemenea, au comparat datele cu cele de la IceCube Experiment şi Pierre Auger Observatory, dar aceste detectoare nu au înregistrat semnale similare.

Asta a dus la concluzia că semnalele sunt anomale şi că nu sunt produse de neutrini.

Posibile explicaţii: materie întunecată?

Semnalele nu se încadrează în modelul standard al fizicii particulelor. Unele teorii sugerează că ar putea fi un indiciu despre materia întunecată, dar lipsa unor observaţii similare limitează această ipoteză.

Penn State a construit detectoare de neutrini şi a analizat semnale de aproape 10 ani. Acum, echipa Wissel proiectează un nou detector, numit PUEO, care va fi mai mare şi mai sensibil, şi care ar putea să facă lumină asupra acestor semnale misterioase.

„Bănuiesc că are loc un efect interesant de propagare radio lângă gheaţă şi aproape de orizont, dar nu îl înţeleg complet. Am explorat mai multe ipoteze, dar n-am găsit nicio explicaţie încă”, a spus Wissel.

„Este un mister de durată şi abia aştept ca atunci când lansăm PUEO să avem o sensibilitate mai bună. Poate vom detecta mai multe anomalii şi vom înţelege ce sunt. Poate vom detecta chiar şi neutrini — ceea ce ar fi, într-un fel, şi mai palpitant.”

Celălalt coautor de la Penn State este Andrew Zeolla, doctorand în fizică.