Semnalele radio „anormale” detectate în Antarctica provin de sub gheața continentului alb

Suspendat în tăcerea stratosferei, deasupra pustiului înghețat al Antarcticii, un observator de particule a captat ceva cu totul neașteptat: două evenimente anomale, părând să emane direct din măruntaiele calotei glaciare.

Instrumentul, cunoscut sub numele de ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna), nu este un telescop obișnuit. Experimentul ridică o rețea sofisticată de antene la altitudini de aproape 40 de kilometri cu ajutorul unui balon gigantic, având un scop precis: să detecteze particulele fantomatice cunoscute drept neutrini cosmici.

Aceste particule subatomice, venite din surse astrofizice îndepărtate, traversează universul aproape nestingherite, interacționând cu materia doar prin gravitație și forța nucleară slabă. Teoretic, atunci când un neutrin lovește un atom din gheața antarctică, ar trebui să producă un impuls radio slab, pe care ANITA este proiectat să-l capteze.

Ce sunt semnalele radio „anormale” detectate în Antarctica

„Avem aceste antene radio pe un balon care zboară la 40 de kilometri deasupra gheții. Ne orientăm antenele în jos, spre gheață, și căutăm neutrini care interacționează cu aceasta, producând emisiile radio pe care le putem apoi înregistra.”, explică Stephanie Wissel, profesor asociat de fizică, astronomie și astrofizică la Universitatea Penn State.^[sursa]

Deși detectarea neutrinilor este în sine o provocare remarcabilă, echipa a înregistrat recent semnale care par să sfideze însăși înțelegerea noastră actuală asupra fizicii particulelor. Două impulsuri radio „anormale” nu au venit de sus, din spațiu, ci de jos, de sub orizont, ca și cum ar fi străbătut planeta.

„Undele radio pe care le-am detectat soseau la unghiuri foarte abrupte, de aproximativ 30 de grade față de suprafața gheții”, adaugă Wissel. Misterul se adâncește atunci când luăm în calcul traiectoria acestor semnale. Calculele echipei au arătat că, pentru a ajunge la detector din acel unghi, impulsul radio ar fi trebuit să călătorească între 6.000 și 7.000 de kilometri prin roca solidă a Pământului. O astfel de călătorie este, conform fizicii cunoscute, imposibilă. Orice semnal de acest tip ar fi trebuit să fie complet atenuat, absorbit de masa planetei, devenind nedetectabil.

„Este o enigmă fascinantă, deoarece încă nu avem o explicație pentru aceste anomalii. Dar ceea ce știm este că, cel mai probabil, nu avem de-a face cu neutrini.”, mai spune Wissel.

Când un anume tip de neutrin, numit „neutrin tau”, lovește gheața, el generează o cascadă de particule numită „duș de gheață”, care produce emisia radio. Simultan, se naște o particulă secundară, un lepton tau, care, la rândul său, se dezintegrează producând un „duș de aer”. Analizând aceste semnale, cercetătorii pot reconstitui proprietățile particulei originale. Problema este că unghiul abrupt al semnalelor detectate de ANITA nu corespunde niciunui model teoretic.

În căutarea de răspunsuri, echipa a verificat datele de la alte două mari observatoare – IceCube, aflat tot în Antarctica, și Observatorul Pierre Auger din Argentina. Niciunul dintre ele nu a înregistrat evenimente similare ascendente care ar putea elucida detectările ANITA.

Explicația tehnică, prezentată în lucrarea echipei, subliniază contradicția: „Aceste evenimente ar putea fi induse de cascade de particule atmosferice care se dezvoltă ascendent, așa cum ar fi de așteptat de la dezintegrarea leptonilor tau produși în interacțiunile neutrinilor tau de energie ultra-înaltă sub suprafață.

Cu toate acestea, direcția impulsurilor observate implică faptul că neutrinii ar trebui să parcurgă aproximativ 6000-7000 km prin Pământ […]. Aceasta corespunde unui traseu de 8-10 ori mai lung decât distanța maximă de interacțiune la energia necesară a neutrinilor (Eν​≳0,2 EeV), provocând o atenuare severă și necesitând un flux de neutrini ντ​ care ar fi trebuit să fie observat cu IceCube și Observatorul Pierre Auger.”

Deși neutrinii par a fi excluși, la fel au fost și alte particule cunoscute din Modelul Standard. Pentru moment, misterul rămâne. Este însă posibil ca aceste semnale anomale să fie primele indicii ale unei fizici complet noi.

„Presupun că în apropierea gheții și a orizontului are loc un efect interesant de propagare a undelor radio pe care nu-l înțelegem pe deplin. Am explorat câteva posibilități, dar încă nu am găsit o soluție. Așa că, în acest moment, este una dintre acele enigme persistente. Sunt entuziasmată, deoarece viitorul nostru experiment, PUEO, va avea o sensibilitate mult mai mare. Teoretic, ar trebui să detectăm mai multe astfel de anomalii și, poate, vom înțelege cu adevărat ce sunt. Desigur, am putea detecta în sfârșit și neutrinii pe care îi căutăm, ceea ce, în felul său, ar fi poate chiar mai fascinant.”, recunoaște Wissel.