NASA eksperiments, kurā tika uzstādīta Antarktīdas impulsu pārejas antena (ANITA), tika veikts ar gaisa balonu, kas lidoja virs Antarktīdas ledus laukiem.
Satura rādītājs
Stephanie Vissell/Penn StateAbonējiet CNN zinātnisko izdevumu Wonder Theory. Izpētiet visumu ar jaunumiem par aizraujošiem atklājumiem, zinātnes sasniegumiem un daudz ko citu .Zinātnieki mēģina atminēt desmit gadus ilgu noslēpumu, nosakot dabas anomālo signālu, kas atklāti zem Antarktīdas ledus, dabu.
Dīvainie radioviļņi parādījās, meklējot citu neparastu parādību: augstas enerģijas kosmiskās daļiņas, kas pazīstamas kā neitrīni. Neitrīni, kas ierodas uz Zemi no tālu kosmosa, bieži tiek saukti par “spoku daļiņām”, jo tie ir ārkārtīgi gaistoši vai tvaika veida un var šķērsot jebkuru vielu, nemainoties.
Pēdējo desmit gadu laikā pētnieki ir veikuši daudzus eksperimentus, izmantojot milzīgus ūdens un ledus laukus, kas tika izstrādāti, lai meklētu neitrīnus, kuri varētu izgaismot noslēpumainos kosmiskos starus, visaugstākās enerģijas daļiņas Visumā. Viens no šiem projektiem bija NASA eksperiments Antarctic Impulsive Transient Antenna jeb ANITA, kura laikā no 2006. līdz 2016. gadam virs Antarktīdas lidoja baloni ar mērinstrumentiem.
Signāli nāca no zem horizonta, kas liecina, ka tie bija šķērsojuši tūkstošiem jūdžu klintis, pirms sasniedza detektoru. Taču radioviļņi bija jāabsorbē klintīm. ANITA komanda uzskatīja, ka šos anomālos signālus nevar izskaidrot ar pašreizējām zināšanām elementārdaļiņu fizikā.Saistīts rakstsZinātnieki atklājuši rekordlielu “spoku daļiņu” Vidusjūrā
Turpmākie novērojumi un analīzes ar citiem instrumentiem, tostarp nesen veiktie Pjēra Ožē observatorijā Argentīnā, nespēja atklāt tos pašus signālus. Pjēra Ožē sadarbības rezultāti tika publicēti žurnālā Physical Review Letters martā.
Anomālo signālu izcelsme joprojām nav skaidra, saka pētījuma līdzautore Stefānija Vissela, Pensilvānijas Valsts universitātes fizikas, astronomijas un astrofizikas katedras asociētā profesore.
“Mūsu jaunais pētījums liecina, ka šādi (signāli) nav novēroti eksperimentos… piemēram, Pjēra Ožē observatorijā,” — teica Vissell. “Tātad tas nenozīmē, ka ir atklāta jauna fizika, drīzāk ir iegūta papildu informācija, ko var pievienot vēsturei.”
Zinātnieki apgalvo, ka lielāki un jutīgāki detektori varēs atklāt noslēpumu vai galu galā pierādīt, vai anomālie signāli bija nejaušība, turpinot meklēt noslēpumainos neitrīnus un to avotus.
Neitrīnu meklējumi
Neitrīnu atklāšana uz Zemes ļauj pētniekiem izsekot to izcelsmi līdz avotam, kas, pēc zinātnieku domām, pirmkārt ir kosmiskie stari, kas nonāk mūsu planētas atmosfērā.
Kosmiskie stari ir visaugstākās enerģijas daļiņas Visumā, tie sastāv galvenokārt no protoniem vai atomu kodoliem un izplatās visā Visumā, jo to avots ir tik spēcīgs daļiņu paātrinātājs, ka tas pārspēj Lielā hadronu paātrinātāja iespējas. Neitrīni varētu palīdzēt astronomiem labāk izprast kosmisko starojumu un to, kas to izraisa kosmosā.
Taču neitrīnus ir grūti atklāt, jo tiem gandrīz nav masas un tie var šķērsot visekstrēmākās vides, piemēram, zvaigznes un veselas galaktikas, nemainoties. Tomēr tie mijiedarbojas ar ūdeni un ledu.
Saistīts rakstsZinātnieki Antarktīdā nav atklājuši paralēlu visumu. Taču viņi uzzina vairāk par noslēpumainajiem, spokainajiem neitrīniem
ANITA tika izstrādāta, lai meklētu visaugstākās enerģijas neitrīnus Visumā, kas ir augstākas enerģijas nekā tās, kas tika atklātas līdz šim, teica Džastins Vandenbruks, fizikas docents Viskonsinas Universitātē Medisonā. Eksperimenta radio antenas meklē īsu radio viļņu impulsu, kas rodas, kad neitrīno saduras ar atomu Antarktīdas ledū, izraisot zemākas enerģijas daļiņu lietu, viņš teica.
Lidojumu laikā ANITA ir atklājusi augstas enerģijas daļiņu strūklas, kas izplūst no ledus, veidojot sava veida apgriezto kosmisko staru lietu. Detektors ir jutīgs arī pret kosmiskajiem starojumiem ar ļoti augstu enerģiju, kas krīt uz Zemi un rada radio viļņu uzliesmojumu, kas darbojas kā zibspuldzes radio viļņu stars.
Kad ANITA novēro kosmisko staru, luktura stars patiesībā ir radio viļņu uzliesmojums, kas ilgst vienu miljarddaļu sekundes un ko var attēlot kā vilni, lai parādītu, kā tas atspoguļojas no ledus.
Datu anomālija
Divreiz ANITA lidojumu laikā iegūtajos datos sākotnējā eksperimenta grupa pamanīja signālus, kas šķērsoja ledu daudz asākā leņķī, nekā jebkad bija paredzējuši jebkādi modeļi, tādējādi padarot neiespējamu signālu izsekošanu līdz to sākotnējiem avotiem.
“Radio viļņi, kurus mēs atklājām gandrīz pirms desmit gadiem, šķērsoja ļoti asus leņķus, aptuveni 30 grādu zem ledus virsmas,” teica Vissels.
“Paredzams, ka tie ierodas no zem horizonta, kur nav tik daudz Zemes, kas tos varētu absorbēt,” viņš rakstīja e-pastā. “ANITA novērotie anomālie notikumi ir intriģējoši, jo tie, šķiet, nāk no zem horizonta, tādēļ neitrīniem būtu jāšķērso liela daļa Zemes. Tas nav iespējams saskaņā ar standarta elementārdaļiņu fizikas modeli.”
Pjēra Ožē sadarbības grupa, kurā ietilpst simtiem zinātnieku no visas pasaules, ir analizējusi vairāk nekā desmit gadu datus, lai mēģinātu izprast ANITA atklātos anomālos signālus.
Komanda izmantoja arī savu observatoriju, lai mēģinātu atrast tos pašus signālus. Ože observatorija ir hibrīda detektors, kas izmanto divas metodes, lai meklētu un pētītu kosmisko starojumu. Viena metode balstās uz augstas enerģijas daļiņu meklēšanu, kas mijiedarbojas ar ūdeni rezervuāros uz Zemes virsmas, bet otra metode izseko potenciālo mijiedarbību ar ultravioleto gaismu augstu mūsu planētas atmosfērā.
“Ožē observatorija izmanto pilnīgi atšķirīgu tehniku, lai novērotu ultraaugstas enerģijas kosmisko staru lietusgāzes, izmantojot uzlādētu daļiņu sekundāro starojumu, kad tās šķērso atmosfēru, lai noteiktu kosmiskā stara virzienu, kas to izraisījis,” — teica Pīters Gorhems, fizikas profesors Havaju Universitātē Manoa. “Izmantojot datoru modelēšanu, kā izskatītos šāds daļiņu lietus, ja tas uzvestos kā ANITA novērotie anomālie notikumi, viņi var izveidot sava veida šādu notikumu paraugu un pēc tam meklēt savos datos, vai parādās kaut kas līdzīgs.”
Gorham, kurš nepiedalījās jaunajā pētījumā, izstrādāja ANITA eksperimentu un veica citus pētījumus, lai labāk izprastu anomālos signālus.
Kamēr Auger observatorija tika izstrādāta, lai mērītu lejupvērstus daļiņu lietusgāzes, ko atmosfērā rada ultraaugstas enerģijas kosmiskie stari, komanda pārstrādāja savu datu analīzi, lai meklētu augšupvērstus atmosfēras lietusgāzes, teica Vandenbrūks. Vandenbrūks nestrādāja pie jaunā pētījuma, bet viņš to recenzēja pirms publicēšanas.
„Auger ir milzīga šādu notikumu vākšanas teritorija, lielāka nekā ANITA,” viņš teica. „Ja ANITA novirzes rada jebkura daļiņa, kas šķērso Zemi un pēc tam rada augšupejošus lietusgāzes, tad Auger būtu bijis jāatklāj daudzi no tiem, bet tas nenotika.”
Atsevišķs turpmāks pētījums, izmantojot IceCube eksperimentu, kura sensori bija iebūvēti dziļi Antarktīdas ledū, arī bija vērsts uz noviržu signālu meklēšanu.
“Tā kā IceCube ir ļoti jutīgs, ja ANITA anomālās parādības būtu neitrīni, mēs tos būtu atklājuši,” rakstīja Vandenbruks, kurš no 2019. gada līdz 2022. gadam bija IceCube Neutrino Sources darba grupas līdzvadītājs.
“Tā ir interesanta problēma, jo mums joprojām nav izskaidrojuma, kas ir šīs anomālijas, bet mēs zinām, ka tās, visticamāk, nav neitrīni,” teica Vissels.
Kaut arī tas šķiet dīvaini, daži zinātnieki ir izvirzījuši hipotēzi, ka anomālo signālu cēlonis ir cita veida neitrīni, ko sauc par tau neitrīniem.
Tau neitrīni var reģenerēties. Kad tie sadalās augstā enerģijā, tie rada vēl vienu tau-neitrīnu, kā arī daļiņu, ko sauc par tau-leptonu — tā ir līdzīga elektronam, bet daudz smagāka.
Tomēr, pēc Vissela teiktā, scenārijs ar tau-neitrīniem ir ļoti maz ticams, ņemot vērā signāla leņķa stāvumu.
“Jūs gaidāt, ka visi šie tau neitrīni būs ļoti, ļoti tuvu horizontam, varbūt vienu līdz piecus grādus zem horizonta,” teica Vissels. “Tie ir 30 grādus zem horizonta. Tur vienkārši ir pārāk daudz materiāla. Tie patiešām zaudēs diezgan daudz enerģijas un netiks atklāti.”
Nākotnes atklājumi
Galu galā, Gorham un citi zinātnieki nav ne jausmas, kāda ir ANITA anomāliju izcelsme. Līdz šim neviena interpretācija nesakrīt ar signāliem, kas liek zinātniekiem atgriezties pie mēģinājumiem atminēt šo noslēpumu. Tomēr atbilde varētu būt redzama.
Vissels arī strādā pie jauna detektora, Payload for Ultra-High Energy Observations jeb PUEO, kas no decembra mēneša laikā lidos virs Antarktīdas. PUEO ir lielāks un 10 reizes jutīgāks nekā ANITA, un tas var sniegt vairāk informācijas par to, kas izraisa ANITA atklātos anomālos signālus, teica Vissels.ANITA eksperiments tika veikts četras reizes laika posmā no 2006. gada līdz 2016. gadam.
“Šobrīd tas ir viens no senākajiem noslēpumiem,” teica Vissels. “Esmu priecīgs, ka, kad lidosim ar PUEO, mums būs labāka jutība. Principā mums vajadzētu spēt labāk izprast šīs anomālijas, kas būs ļoti svarīgi, lai izprastu mūsu pagātni un galu galā atklātu neitrīno nākotnē.”
Gorham teica, ka PUEO (abreviatūra, kas atsaucas uz havaju pūci) jābūt pietiekami jutīgam, lai uztvertu daudzus anomālus signālus un palīdzētu zinātniekiem atrast atbildi.
“Dažreiz vienkārši jāatgriežas pie rasējamā dēļa un jānoskaidro, kas tas īsti ir,” teica Vissels. “Visticamākais scenārijs ir, ka tas ir kaut kas ikdienišķs fizikā, ko var izskaidrot, bet mēs kārtīgi klauvam pie visām durvīm, lai mēģinātu noskaidrot, kas tas ir.”
