Impulsuri radio ciudate detectate provenind din gheața din Antarctica… Cum pot fi explicate?

De zeci de ani, cercetătorii au căutat în univers cele mai evazive particule: neutrinii. Acești mesageri cosmici, aproape fără masă și fără sarcină, trec în tăcere prin corpurile noastre și prin întregul Pământ, purtând informații prețioase despre cele mai energetice fenomene din univers. Cu toate acestea, un experiment efectuat în Antarctica tocmai a dezvăluit semnale neașteptate, punând la încercare înțelegerea noastră actuală a fizicii particulelor. Un mister captivant care ar putea deschide ușa către noi descoperiri despre însăși natura materiei.

Pentru a înțelege această enigmă, trebuie mai întâi să examinăm experimentul ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna). Instalat pe baloane care plutesc la o altitudine de aproximativ 40 de kilometri deasupra gheții antarctice, ANITA este un detector de semnale radio conceput pentru a capta urmele lăsate de neutrini atunci când interacționează cu gheața. Aceste particule, deși prezente în număr foarte mare în univers, sunt notoriu de dificil de detectat, deoarece trec prin materie aproape fără a interacționa vreodată. Când un neutrino tau, un tip special de neutrino, se ciocnește cu gheața, produce o particulă secundară numită lepton tau. Aceasta se dezintegrează apoi în atmosferă, creând o ploaie de particule care emite impulsuri radio, detectabile de ANITA.

În timpul campaniilor sale de măsurare, ANITA a captat impulsuri radio deosebit de ciudate. În loc să vină direct de la suprafața gheții sau să se reflecte de aceasta, aceste semnale par să provină dintr-un unghi mult mai abrupt: aproximativ 30 de grade sub orizont. Acest fenomen este derutant deoarece, conform modelelor fizice stabilite, undele radio rezultate din interacțiunile cosmice nu pot călători prin mii de kilometri de rocă fără a fi absorbite. Stephanie Wissel, profesor asociat la Universitatea de Stat din Pennsylvania și membru al echipei ANITA, subliniază că acest tip de unghi este inconsistent cu traiectoria așteptată a neutrinilor detectați. „Este o problemă interesantă, deoarece încă nu avem o explicație precisă pentru ce sunt aceste anomalii, dar ceea ce știm este că probabil nu reprezintă neutrini”, explică ea. Pentru a oferi un context, neutrinii sunt particule fundamentale emise în masă de fenomene energetice precum Soarele, supernovele sau chiar cele mai timpurii momente ale universului, Big Bang-ul. Au particularitatea de a călători prin materie aproape fără a interacționa vreodată, ceea ce le face instrumente valoroase pentru observarea evenimentelor cosmice altfel invizibile.

Dar pentru ca aceste semnale radio să fie detectabile, neutrinul trebuie să interacționeze cu gheața pentru a crea un efect măsurabil. Faptul că semnalele detectate de ANITA par să vină de sub gheață, într-o direcție nepermisă de fizica clasică, sugerează că ar putea fi la lucru ceva necunoscut. Cercetătorii au încercat să explice aceste semnale comparându-le cu datele de la alți detectori mari, cum ar fi IceCube, tot cu sediul în Antarctica, și Observatorul Pierre Auger din Argentina. Niciunul dintre aceste instrumente nu a înregistrat evenimente similare, ceea ce exclude deocamdată cele mai simple ipoteze bazate pe neutrini sau alte particule cunoscute.

Confruntați cu acest mister, care a fost prezentat într-un articol publicat în Physical Review Letters, au fost emise mai multe ipoteze, inclusiv existența unui nou tip de particulă sau a unor interacțiuni necunoscute anterior. Unii cercetători sugerează că aceste semnale ar putea fi legate de materia întunecată, substanța invizibilă care alcătuiește o mare parte a universului, dar rămâne dificil de detectat. Cu toate acestea, lipsa observațiilor confirmate în alte experimente temperează aceste speculații. Natura exactă a acestor semnale rămâne necunoscută și ar putea fi, de asemenea, un efect specific al propagării undelor radio în gheață sau în atmosferă, care este încă puțin înțeles.

Stephanie Wissel spune: „Bănuiesc că există un efect interesant de propagare radio care apare în apropierea gheții și, de asemenea, în apropierea orizontului, pe care nu îl înțeleg pe deplin, dar cu siguranță am explorat mai multe dintre ele și suntem. Nu am reușit încă să găsim niciunul.”

Pentru a dezlega acest mister, comunitatea științifică nu renunță. Penn State și partenerii săi lucrează în prezent la un nou detector, numit PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations – Încărcătură Utilizabilă pentru Observații de Energie Ultra-Înaltă). Mai mare și mai sensibil decât ANITA, PUEO va putea capta mai multe semnale cu o precizie mai mare. Scopul este dublu: să înțeleagă mai bine aceste semnale misterioase și, în mod ideal, să detecteze mai fiabil neutrinii din zonele îndepărtate ale universului. Prin îmbunătățirea sensibilității, oamenii de știință speră să colecteze suficiente date pentru a descifra ce sunt particule noi sau efecte atmosferice complexe.

Această enigmă cosmică ilustrează perfect însăși natura cercetării științifice: să avansăm pas cu pas, punând constant la îndoială ceea ce credem că știm. Fiecare anomalie detectată este o invitație de a explora, de a contesta modelele noastre și, poate, de a descoperi fenomene anterior invizibile. Dacă semnalele ciudate ale ANITA se dovedesc a fi o indicație a unei noi fizici, acest lucru ar putea revoluționa înțelegerea noastră asupra universului, deschizând perspective fascinante în astrofizică, cosmologie și studiul particulelor. fizică. Între timp, misterul rămâne neclar. Dar, datorită unor proiecte inovatoare precum PUEO, comunitatea științifică este mai bine echipată ca niciodată pentru a dezvălui aceste semnale din frigul antarctic și, probabil, pentru a dezvălui secrete îngropate anterior în gheață.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România