Антарктида — одно из лучших мест для охоты на нейтрино. Там нет помех, а при взаимодействии нейтрино со льдом образуются радиоволны, которые можно засечь. Но недавно что-то пошло не по плану.
По данным международной исследовательской группы, которую возглавляют ученые из Пенсильванского университета, детектор космических частиц в Антарктиде засек серию странных сигналов, которые противоречат канонам физики элементарных частиц. Необычные радиоимпульсы были обнаружены в ходе работы системы Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) — комплекса приборов, размещенных на воздушных шарах высоко над Антарктидой и предназначенных для обнаружения потока нейтрино, взаимодействующего с атомами антарктического льда.
Цель эксперимента — получить представление о далеких космических событиях путем анализа сигналов, достигающих Земли. Но зарегистрированные детекторами аномальные сигналы не отражались ото льда, а, по-видимому, исходили из-за горизонта, что не может быть объяснено современной физикой элементарных частиц и может указывать на новые типы частиц или взаимодействия между частицами, ранее неизвестные науке. Исследователи опубликовали свои результаты в журнале Physical Review Letters.
Стефани Виссел, доцент кафедры физики, астрономии и астрофизики, которая работала в команде ANITA, сообщила, что радиоволны проходили под очень острыми углами (примерно 30 градусов к поверхности льда). Они выходили как бы из-под земли. Аномальный сигнал должен был пройти через тысячи километров горной породы и взаимодействовать с ней, прежде чем достичь детектора. Такой сигнал должен был почти полностью поглотиться горной породой и остаться незамеченным детектором, однако не поглотился и был благополучно зафиксирован.
Виссел добавила, что у команды до сих пор нет объяснения, что это за аномалии, но они уверены, что эти сигналы не связаны с нейтрино.
Частицы нейтрино ( по-итальянски «нейтрончик») не имеют электрического заряда и обладают наименьшей массой среди всех субатомных частиц. Они широко распространены во Вселенной. Потоки нейтрино испускаются звездами, высокоэнергетическими источниками (певатронами) или крупными космическими событиями, такими как вспышка сверхновой.
Основная проблема нейтрино заключается в том, что их очень трудно обнаружить имеющимися в распоряжении ученых инструментами. Сложнее только с обнаружением темной материи.
Через ноготь большого пальца в любой момент времени проходит миллиард нейтрино, но они никак не взаимодействуют с нашим телом. Возникает проблема обоюдоострого подхода. Если мы их обнаруживаем, это означает, что они прошли весь этот путь, не взаимодействуя ни с чем другим, а тут взяли и проявили себя. Мы могли бы обнаружить нейтрино, исходящее с края наблюдаемой Вселенной, но нам надо знать, как заставить их проявить себя!
Как только эти частицы будут обнаружены и прослежены до их источника, они смогут рассказать о космических событиях больше, чем самые мощные телескопы. Частицы перемещаются беспрепятственно и на релятивистских скоростях, неся информацию о событиях, которые произошли на расстоянии миллионов и миллиардов световых лет.
Виссел и команды исследователей по всему миру работают над проектированием и изготовлением специальных детекторов, позволяющих улавливать чувствительные сигналы нейтрино даже в относительно небольших количествах. Самый популярный метод — отслеживать нейтрино по так называемому черенковскому излучению, которое возникает при прохождении частицами толщи воды.
ANITA — детектор иного рода. Он был размещен в Антарктиде, поскольку вероятность возникновения помех от других сигналов там невелика. Антенны на воздушных шарах летают на высоте 40 километров надо льдами Антарктиды. Они направлены на лед и ищут следы взаимодействия нейтрино с молекулами льда. Такие взаимодействия способны генерировать слабое радиоизлучение, которое и засекают детекторы.
Взаимодействующие со льдом тау-нейтрино производят вторичную частицу, называемую тау-лептоном. Она высвобождается из льда и распадается, теряя энергию и генерируя характерные радиоволны. известным как воздушные ливни и ледяные дожди.
По словам Стефани Виссел, если бы они были видны невооруженным глазом, то выглядели бы как летящие в одном направлении бенгальские огни, за которыми тянутся искры. Исследователи могут различать два типа сигнала — ледяной и воздушный потоки — определяя характеристики частицы, которая создала сигнал.
Затем эти сигналы можно проследить до их источника, подобно тому, как мяч, брошенный под определенным углом, предсказуемо отскочит назад от препятствия под тем же углом («угол падения равен углу отражения»). Однако недавние аномальные находки не могут быть прослежены таким образом, поскольку угол наклона намного острее, чем допускают существующие модели.
Проанализировав данные, собранные в ходе нескольких полетов ANITA, и сравнив их с математическими моделями и обширным моделированием как обычных космических лучей, так и восходящих воздушных потоков, исследователи смогли отфильтровать фоновый шум и исключить возможность других известных сигналов, возникающих при взаимодействии элементарных частиц.
Исследователи сопоставили данные других независимых детекторов, таких как эксперимент IceCube и обсерватория Пьера Оже, чтобы выяснить, были ли получены сигналы о восходящих потоках радиоимпульсов, подобных тем, которые были обнаружены ANITA, в ходе других экспериментов.
Анализ показал, что другие детекторы не зарегистрировали ничего подобного. Это заставило исследователей описать сигнал как «аномальный», констатировав, что частицы, вызывающие сигнал, не являются нейтрино. Сигналы не укладываются в стандартную картину физики элементарных частиц. Существует соблазн рассматривать это как проявление темной материи, но отсутствие похожих наблюдений в IceCube заставляет скептически относиться к такой гипотезе.
Университет Пенсильвании строит детекторы и анализирует сигналы нейтрино уже почти 10 лет. В настоящее время команда Стефани Виссел разрабатывает большой детектор нового поколения. Ученая надеется, что новая нейтринная ловушка, получившая название PUEO, прольет свет на то, что именно представляет собой нынешний аномальный сигнал.
Антарктида предлагает раздолье для пытливых ученых умов. Недавно биологи обнаружили в организме императорских пингвинов уникальный механизм нейтрализации метилртути, одного из самых коварных загрязнителей Мирового океана.
Гороскоп с 16 по 22 июня 2025 года. Какие события наиболее вероятны в ближайшие дни? К чему вам стоит подготовиться? Чего избегать, к чему стремиться? Ответы на эти вопросы вы найдете в еженедельном гороскопе.
Подробнее »
На 20.06.2025 | |
USD | 87,4500 |
EUR | 100,3664 |
CNY | 12,1678 |
KZT | 0,1684 |
RUB | 1,1164 |