Δύο ασυνήθιστα σήματα εντοπίστηκαν από έναν ανιχνευτή σωματιδίων που αιωρείτο από ένα μπαλόνι πάνω από την Ανταρκτική, που το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής δεν μπορεί να εξηγήσει.
Το πείραμα ANITA (στα δεξιά) έμεινε πάνω από την Ανταρκτική σε ένα μπαλόνι γεμάτο ήλιο (στο κέντρο). Έχει δε εντοπίσει δύο περίεργα υπερσυμμετρικά σωματίδια φαινομενικά να ταξιδεύουν προς τα πάνω μέσω της Γης.
Τα δύο ασυνήθιστα σήματα που είδε ανιχνευτής, γνωστός ως ANITA, δεν μπορούν να αποδοθούν σε τυχόν γνωστά σωματίδια, αναφέρει μια ομάδα φυσικών από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνιας. Το αποτέλεσμα υποδηλώνει την πιθανότητα να υπάρχουν νέα σωματίδια πέρα από αυτά που καταλογίζονται στο Καθιερωμένο Μοντέλο, τη θεωρία που περιγράφει τα διάφορα στοιχειώδη σωματίδια που συνθέτουν την ύλη.
Ο ανιχνευτής ANITA τοποθετήθηκε σε ένα μπαλόνι ηλίου, σε υψόμετρο 37 χιλιομέτρων για περίπου ένα μήνα κάθε φορά. Αναζητά τα σήματα σωματιδίων υψηλής ενέργειας από το διάστημα, συμπεριλαμβανομένων και των ελαφρών σωματιδίων νετρίνων. Αυτά τα νετρίνα μπορούν να αλληλεπιδράσουν μέσα στον πάγο της Ανταρκτικής, παράγοντας ραδιοκύματα που συλλέγονται από τις κεραίες του ANITA.
Τα δύο αινιγματικά σήματα φαίνεται να προέρχονται από εξαιρετικά ενεργητικά νετρίνα που στρέφονται προς τα έξω από το εσωτερικό της Γης. Ένα νετρίνο που έρχεται από κάτω δεν είναι εκ φύσεως εκπληκτικό: Τα χαμηλής ενέργειας νετρίνα αλληλεπιδρούν με την ύλη τόσο αδύναμα ώστε να μπορούν να φτάσουν σε ολόκληρο τον πλανήτη. Αλλά τα νετρίνα υψηλής ενέργειας δεν μπορούν να περάσουν από τόσα υλικά γύρω τους, όπως τα νετρίνα χαμηλότερης ενέργειας. Έτσι, αν και τα υψηλής ενέργειας νετρίνα μπορούν να απομακρυνθούν από τις άκρες του πλανήτη, δεν θα επιβιώσουν με ένα πέρασμα κατευθείαν.
Η απότομη γωνία της τροχιάς των σωματιδίων υποδεικνύει ότι τα νετρίνα ταξίδευαν σε χιλιάδες χιλιόμετρα μέσω της Γης – πάρα πολλά για ένα νετρίνο υψηλής ενέργειας για να μπορέσει να βγει από την άλλη πλευρά. Αυτό σύμφωνα με τις προσομοιώσεις πάνω στη νέα μελέτη, από ερευνητές που δεν είναι μέλη της συνεργασίας ANITA. Οι ερευνητές της συνεργασίας ANITA αναζητούσαν έναν τρόπο εξήγησης των σημάτων με νετρίνα, λέει ο Derek Fox, που ανήκει στην ομάδα της μελέτης. Αλλά σύμφωνα με τις προσομοιώσεις του Fox και των συναδέλφων του, “αυτές οι προσπάθειες πρέπει να αποτύχουν”.
Ένα σωματίδιο υψηλής ενέργειας θα μπορούσε να κάνει ένα τέτοιο μακρύ ταξίδι στη Γη μόνο αν ήταν ακόμη πιο δύσκολο να αλληλεπιδράσει με την ύλη από ότι τα νετρίνα. Ένα υποθετικό βαρύ σωματίδιο που ονομάζεται s-tau (ένα s-λεπτόνιο – δηλαδή ένα υποθετικό υπερ-συμμετρικό σωματίδιο του λεπτονίου tau), προτείνεται σε μια θεωρία που ονομάζεται υπερσυμμετρία, θα μπορούσε να ταιριάξει στο φάσμα αυτού που βρέθηκε, λένε ο Fox και οι συνάδελφοί του. Αφού δημιουργήθηκε στην άλλη πλευρά του πλανήτη από έναν νετρίνο υψηλής ενέργειας που χτυπάει στη Γη, ένα s-tau θα μπορούσε να το κάνει χωρίς αλλοιώσεις πριν διασπαστεί σε ελαφρύτερα σωματίδια που τελικά θα οδηγήσουν στα σήματα που ανιχνεύονται από το ANITA.
Αλλά μην απορρίψετε το καθιερωμένο μοντέλο ακόμα. “Είναι ακόμα πιθανό να υπάρχει ένας πολύ γνήσιος λόγος που βλέπουμε αυτά τα γεγονότα στο ANITA”, λέει ο φυσικός της συνεργασίας ANITA, Stephanie Wissel. Άλλα σωματίδια από το διάστημα στις κοσμικές ακτίνες, έχουν παρόμοιες υπογραφές με αυτές του ANITA. Μια βασική παρανόηση της φυσικής πίσω από τις υπογραφές των κοσμικών ακτίνων θα μπορούσε να εξηγήσει τις παρατηρήσεις, λέει ο Wissel.
Υποστηρίζοντας την αξίωσή τους, ο Fox και οι συνεργάτες του εντοπίζουν επίσης τρία συμβάντα σε έναν άλλο ανιχνευτή νετρίνων της Ανταρκτικής, που ονομάζεται IceCube, και λένε ότι έχουν κάποιες παρομοίως αινιγματικές ιδιότητες. Αλλά ο αρχηγός αυτού του πειράματος, ο φυσικός Francis Halzen του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison, δεν είναι πεπεισμένος. «Αυτά τα γεγονότα αξίζουν φυσικά να τους δίνουμε προσοχή», λέει, αλλά δεν βλέπει κανένα στοιχείο που να απαιτεί μια νέα εξήγηση.
Αυτό που χρειάζεται είναι περισσότερα δεδομένα, λένε οι φυσικοί. Η ομάδα του ANITA σχεδιάζει να στείλει τον ανιχνευτή σε μια άλλη βόλτα με μπαλόνι στην Ανταρκτική, λέει ο φυσικός της ANITA Amy Connolly του Πανεπιστημίου του Οχάιο. “Η άποψή μου είναι ότι πρέπει να συνεχίσουμε να προσπαθούμε να βρούμε μια τεράστια εξήγηση για αυτά τα γεγονότα”.
Το Καθιερωμένο Μοντέλο έχει επιβεβαιωθεί ξανά και ξανά, έτσι οι φυσικοί αποθαρρύνονται να το εγκαταλείψουν χωρίς συντριπτικές αποδείξεις. “Η περίπτωση αυτή που το ANITA βλέπει κάτι παράξενο είναι ισχυρή”, λέει ο αστροφυσικός John Beacom, επίσης του Πανεπιστημίου του Οχάιο. Αλλά “πάντα στοιχηματίζω για το καθιερωμένο μοντέλο”.
Ακόμα, αυτά τα γεγονότα έχουν τέτοιες ακραίες ενέργειες που φτάνουν σε σφαίρες που δεν είναι προσπελάσιμες στους επιταχυντές σωματιδίων όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, λέει ο Beacom. “Υπάρχουν πολλά που απλά δεν ξέρουμε για το πώς η φυσική λειτουργεί σε αυτές τις υψηλές ενέργειες.”
