Ανταρκτική: Εντοπίστηκαν παράξενα ραδιοσήματα που αψηφούν τους νόμους της Φυσικής κάτω από τους πάγους

Οι επιστήμονες προσπαθούν να λύσουν ένα μυστήριο δεκαετίας, προσπαθώντας να εντοπίσουν την ταυτότητα ανώμαλων σημάτων που εντοπίστηκαν κάτω από τον πάγο της Ανταρκτικής.

Τα περίεργα ραδιοκύματα εμφανίστηκαν κατά τη διάρκεια μιας αναζήτησης για ένα άλλο ασυνήθιστο φαινόμενο: τα σωματίδια υψηλής ενέργειας γνωστά ως νετρίνα. Φτάνοντας στη Γη από τα πιο απομακρυσμένα σημεία του σύμπαντος, τα νετρίνα αποκαλούνται συχνά «φασματικά» επειδή είναι εξαιρετικά ασταθή και μπορούν να διαπερνούν κάθε είδους ύλη χωρίς να μεταβάλλονται.

Τα τελευταία δέκα χρόνια, ερευνητές έχουν πραγματοποιήσει πολυάριθμα πειράματα χρησιμοποιώντας τεράστιες εκτάσεις νερού και πάγου για την αναζήτηση νετρίνων, τα οποία θα μπορούσαν να φωτίσουν τη φύση των μυστηριωδών κοσμικών ακτίνων – των πιο ενεργητικών σωματιδίων στο σύμπαν. Ένα από αυτά τα έργα ήταν το πείραμα ANITA της NASA, το οποίο πραγματοποίησε πτήσεις με μπαλόνια που έφεραν όργανα πάνω από την Ανταρκτική από το 2006 έως το 2016.

Κατά τη διάρκεια αυτής της αποστολής, το ANITA κατέγραψε ανώμαλα ραδιοκύματα που δεν έμοιαζαν με τα τυπικά σήματα νετρίνων.

Τα σήματα προέρχονταν κάτω από τον ορίζοντα, κάτι που υποδήλωνε ότι είχαν περάσει μέσα από χιλιάδες μίλια βράχου πριν φτάσουν στον ανιχνευτή – κάτι που θα έπρεπε να είναι αδύνατο, καθώς τα ραδιοκύματα θα έπρεπε να έχουν απορροφηθεί από τον βράχο. Η ομάδα του ANITA πίστευε ότι αυτά τα ανώμαλα σήματα δεν μπορούσαν να εξηγηθούν με βάση το υπάρχον μοντέλο σωματιδιακής φυσικής.

Η αναζήτηση συνεχίζεται

Περαιτέρω παρατηρήσεις και αναλύσεις με άλλα όργανα, περιλαμβανομένης μιας πρόσφατης από το Αστεροσκοπείο Pierre Auger στην Αργεντινή, δεν κατάφεραν να εντοπίσουν τα ίδια σήματα. Τα αποτελέσματα της συνεργασίας Pierre Auger δημοσιεύτηκαν τον Μάρτιο στο περιοδικό Physical Review Letters.

Η προέλευση των ανώμαλων σημάτων παραμένει ασαφής, δήλωσε η Στέφανι Γουίσελ, αναπληρώτρια καθηγήτρια φυσικής, αστρονομίας και αστροφυσικής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια.

«Η νέα μας μελέτη δείχνει ότι τέτοια (σήματα) δεν έχουν παρατηρηθεί από πειράματα όπως το Pierre Auger», δήλωσε η Γουίσελ. «Άρα δεν υποδηλώνει ύπαρξη νέας φυσικής, αλλά μάλλον προσθέτει επιπλέον πληροφορίες στην ιστορία».

Μεγαλύτεροι και πιο ευαίσθητοι ανιχνευτές ίσως μπορέσουν να λύσουν το μυστήριο – ή να αποδείξουν τελικά ότι τα ανώμαλα σήματα ήταν τυχαία – συνεχίζοντας την αναζήτηση για τα αινιγματικά νετρίνα και τις πηγές τους.

Η αναζήτηση των νετρίνων

Η ανίχνευση νετρίνων στη Γη επιτρέπει στους ερευνητές να τα εντοπίσουν μέχρι τις πηγές τους, που πιστεύεται ότι είναι κυρίως κοσμικές ακτίνες που προσκρούουν στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας.

Οι κοσμικές ακτίνες – τα πιο ενεργητικά σωματίδια του σύμπαντος – αποτελούνται κυρίως από πρωτόνια ή ατομικούς πυρήνες και εκτοξεύονται στο διάστημα από άγνωστα «επιταχυντικά» σώματα που ξεπερνούν κατά πολύ τις δυνατότητες του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων. Τα νετρίνα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να κατανοήσουν αυτές τις δυνάμεις.

Ωστόσο, τα νετρίνα είναι εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστούν επειδή έχουν σχεδόν μηδενική μάζα και περνούν αδιάκοπα μέσα από αστέρια και γαλαξίες. Παρόλα αυτά, αλληλεπιδρούν με το νερό και τον πάγο.

Το ANITA σχεδιάστηκε για να εντοπίζει τα πιο υψηλής ενέργειας νετρίνα στο σύμπαν. Οι κεραίες του αναζητούν σύντομους παλμούς ραδιοκυμάτων που παράγονται όταν ένα νετρίνο συγκρούεται με ένα άτομο στον πάγο της Ανταρκτικής, προκαλώντας ένα «ντους» σωματιδίων.

Κατά τις πτήσεις του, το ANITA εντόπισε ρεύματα σωματιδίων υψηλής ενέργειας που ανέβαιναν από τον πάγο – κάτι σαν «ανεστραμμένο» κοσμικό ντους. Οι κεραίες είναι επίσης ευαίσθητες στις υπερυψηλής ενέργειας κοσμικές ακτίνες που δημιουργούν ραδιοκύματα σαν φλας.

Μια ανωμαλία στα δεδομένα

Δύο φορές στα δεδομένα από τις πτήσεις του ANITA, η ομάδα εντόπισε σήματα που προέρχονταν από πολύ απότομη γωνία – 30 μοίρες κάτω από την επιφάνεια του πάγου – κάτι που καθιστούσε αδύνατη την ανίχνευση της προέλευσής τους.

«Τα ραδιοκύματα που εντοπίσαμε σχεδόν πριν από μία δεκαετία ήταν σε πολύ απότομες γωνίες», δήλωσε η Γουίσελ.

Τα νετρίνα μπορούν να διαπεράσουν μεγάλα στρώματα ύλης, αλλά όχι ολόκληρη τη Γη, εξήγησε ο Τζάστιν Βάντενμπρουκ από το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν. Τα σήματα του ANITA φαίνονται να διαπερνούν τη Γη – κάτι που είναι αδύνατο σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής.

Τα αποτελέσματα του Auger και του IceCube

Η συνεργασία Pierre Auger ανέλυσε περισσότερα από δέκα χρόνια δεδομένων για να κατανοήσει αυτά τα σήματα. Δεν βρήκε τίποτα παρόμοιο. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν διαφορετικές τεχνικές, όπως δεξαμενές νερού και παρακολούθηση υπεριώδους φωτός στην ατμόσφαιρα.

Ο Πίτερ Γκόρχαμ, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Χαβάης και σχεδιαστής του ANITA, δήλωσε πως τα αποτελέσματα δεν δείχνουν κάποια εναλλακτική εξήγηση που να ταιριάζει με τα σήματα.

Το πείραμα IceCube, με αισθητήρες ενσωματωμένους βαθιά στον πάγο, επίσης δεν ανίχνευσε παρόμοια σήματα, κάτι που καθιστά την πιθανότητα να πρόκειται για νετρίνα ακόμη πιο αμφίβολη.

Η υπόθεση των νετρίνων ταυ (tau)

Μια πιθανή εξήγηση είναι τα νετρίνα ταυ – που μπορούν να «αναγεννηθούν», παράγοντας νέο νετρίνο ταυ και ένα σωμάτιο που λέγεται λεπτόνιο ταυ. Όμως, η απότομη γωνία των σημάτων καθιστά αυτό το σενάριο απίθανο.

«Περιμένουμε αυτά τα νετρίνα να είναι πολύ κοντά στον ορίζοντα, ένα έως πέντε μοίρες. Αυτά ήταν 30 μοίρες κάτω από την επιφάνεια», είπε η Γουίσελ. «Υπάρχει υπερβολικά πολλή ύλη που θα έπρεπε να διαπεράσουν».

Η επόμενη γενιά: το PUEO

Η Γουίσελ εργάζεται πλέον στο νέο ανιχνευτή PUEO (Payload for Ultra-High Energy Observations), ο οποίος θα πετάξει πάνω από την Ανταρκτική τον Δεκέμβριο. Είναι δέκα φορές πιο ευαίσθητος από το ANITA και μπορεί να ρίξει φως στο μυστήριο.

«Είναι ένα από τα μακροχρόνια μυστήρια», δήλωσε η Γουίσελ. «Είμαι ενθουσιασμένη που με το PUEO θα έχουμε καλύτερη ευαισθησία. Ίσως καταφέρουμε να κατανοήσουμε αυτά τα ανώμαλα φαινόμενα και τελικά να ανιχνεύσουμε νετρίνα με μεγαλύτερη ακρίβεια».

Ο Γκόρχαμ δήλωσε ότι το PUEO έχει την ευαισθησία για να καταγράψει πολλά παρόμοια σήματα και να βοηθήσει τους επιστήμονες να βρουν την απάντηση.

«Μερικές φορές πρέπει να επιστρέψεις στο σχεδιαστήριο και να καταλάβεις από την αρχή τι συμβαίνει», είπε η Γουίσελ. «Το πιθανότερο είναι ότι υπάρχει μια συνηθισμένη, βαρετή εξήγηση – αλλά μέχρι τότε, χτυπάμε όλες τις πόρτες».

Πηγή: CNN