物理学家无法解释南极洲神秘的无线电波发射

南极脉冲瞬态天线（ANITA）实验检测到了异常的无线电脉冲，该实验是一系列在南极洲上空气球上飞行的仪器，旨在检测撞击大气层的宇宙射线产生的无线电波。图片来源：Stephanie Wissel/宾夕法尼亚州立大学

（蜘蛛网eeook.com）据《大众科学》（安德鲁·保罗）：近二十年来，携带高灵敏度大气仪器的气球在世界上最偏远的地区之一上空漂移了25英里以上。浮动阵列是南极脉冲瞬态天线（ANITA）实验，该项目由一个国际研究小组监督，该小组的任务是测量宇宙中一些最古老、最难探测的宇宙射线。具体来说，该团队正在寻找中微子——一种没有电荷的粒子，也具有已知最小的亚原子质量。但根据他们最近的报告，ANITA一再发现一些无法解释的真正奇怪的信号。

该研究的作者在《物理评论快报》杂志上写道：“[无线电脉冲]似乎与粒子物理学的标准模型不一致。”。

中微子信号无处不在，源自太阳、超新星和大爆炸等高能源。在任何时候，数十亿个粒子都会穿过缩略图大小的空间，但这并不容易找到。这是因为它们通常不与周围环境相互作用，这意味着试图找到它们类似于在宇宙大海捞针中寻找亚原子针。

ANITA被放置在南极洲，因为其他信号干扰的可能性很小。为了捕捉发射信号，气球搭载的无线电探测器被派往冰面上空飞行，捕捉所谓的冰雨。图片来源：Stephanie Wissel/宾夕法尼亚州立大学

宾夕法尼亚州立大学物理学、天文学和天体物理学副教授、该研究的合著者斯蒂芬妮·维塞尔在一份声明中说：“这是一个双刃剑问题。”。“（但是）如果我们探测到它们，这意味着它们已经走了这么远，没有与其他任何东西相互作用。我们可能探测到来自可观测宇宙边缘的中微子。”

中微子以接近光速的速度旅行，追踪它们的来源可以提供比当今一些最强大的太空望远镜更多的数据。Wissel花了数年时间进行编码实验来识别中微子，这就是ANITA等系统发挥作用的地方。一旦部署，ANITA的无线电天线气球就会指向冰面，那里信号干扰的可能性很小。Wissel及其同事随后等待中微子与地球冻结表面相互作用时的无线电发射。

该团队特别关注tau中微子。这些特别受到南极冰的影响，随后在被称为空气阵雨的排放事件中释放出称为tau轻子的次级亚原子粒子。虽然人眼看不见，但Wissel将阵雨比作火花从一个方向射出时向一个方向挥舞着火花。尽管它们的大小很小，但物理学家区分了冰阵雨和空气阵雨的排放，识别了粒子属性，甚至将它们追溯到了它们的起源地。

但前提是它们必须遵守已知的物理定律，而在南极洲，少数粒子并没有这样做。

Stephanie Wissel和世界各地的研究团队一直在努力设计和建造特殊的探测器，以捕获敏感的中微子信号，即使是相对较少的信号。她说，即使是中微子发出的一个小信号，也蕴含着丰富的信息，因此所有数据都具有重要意义。图片来源：Stephanie Wissel/宾夕法尼亚州立大学

Wissel说：“我们检测到的无线电波角度非常陡峭，大约在冰面下30度。”。

进一步的计算表明，这些异常需要穿过并可能与数千英里的岩石相互作用才能到达。这应该意味着它们的信号无法被检测到，但ANITA仍然标记了它们。然后，研究人员将这些读数与其他探测器项目进行了交叉引用，但没有发现任何有助于解释这些数据的东西，导致他们将其归类为“异常”。尽管一些专家认为这些信号可能与宇宙难以捉摸的暗物质有关，但目前还没有足够的后续观测来解释这种奇怪之处。但如果没有别的，该团队非常有信心这些信号不是他们的预期目标。

她补充道：“这是一个有趣的问题，因为我们仍然没有真正解释这些异常是什么，但我们所知道的是，它们很可能不代表中微子。”。

Wissel的团队目前正在设计一种新的空中中微子探测器，称为超高能观测有效载荷（PUEO）。PUEO比ANITA更大、更精细，应该更擅长标记。在这个过程中，它也可能有助于解决物理挑战信号的身份问题。

Wissel说：“我的猜测是，一些有趣的无线电传播效应发生在冰附近，也发生在地平线附近，我并不完全理解……[但]我们也还没有找到任何这些。”。“所以，现在，这是一个长期存在的谜团。”