Un cercetător a izbucnit în lacrimi după ce a făcut în junglă o descoperire pe care o aștepta de 13 ani
Publicat acum 9 ore si 4 minute
50Un detector de particule cosmice amplasat în Antarctica a înregistrat o serie de semnale bizare care par să sfideze înțelegerea actuală a fizicii particulelor, potrivit unui grup internațional de cercetători, printre care se numără și oameni de știință de la Universitatea de Stat din Pennsylvania. Aceste impulsuri radio neobișnuite au fost detectate de experimentul ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna), un set de instrumente montate pe baloane care survolează Antarctica, concepute pentru a capta undele radio generate de razele cosmice care pătrund în atmosferă, scrie publicaţia Phys.org.
Scopul experimentului este să obțină informații despre evenimentele cosmice îndepărtate, analizând semnalele care ajung pe Pământ. În mod neașteptat, aceste semnale radio – care, de regulă, ar trebui să se reflecte de pe suprafața gheții – păreau să provină de sub orizont, un unghi de sosire care contrazice legile cunoscute ale fizicii particulelor. Acest fapt i-a determinat pe cercetători să ia în considerare posibilitatea existenței unor particule sau interacțiuni încă necunoscute științei.
"Undele radio pe care le-am observat soseau din unghiuri foarte abrupte, de aproximativ 30 de grade sub suprafața gheții", a explicat Stephanie Wissel, profesor asociat de fizică, astronomie și astrofizică, care a lucrat cu echipa ANITA în identificarea semnalelor generate de particule evazive, numite neutrini.
Potrivit calculelor, semnalul ar fi trebuit să străbată mii de kilometri de rocă pentru a ajunge la detector, un traseu care ar fi trebuit să absoarbă complet unda radio, făcând-o practic nedetectabilă.
"Este o enigmă fascinantă, pentru că nu avem încă o explicație clară pentru aceste anomalii, dar știm cu destulă siguranță că, cel mai probabil, nu sunt neutrini", a adăugat Wissel.
Neutrinii sunt particule fără sarcină electrică și cu o masă extrem de mică – cele mai ușoare dintre toate particulele subatomice. Sunt omniprezenți în univers, emiși de surse cu energie ridicată, cum ar fi Soarele, supernovele sau chiar Big Bang-ul. Totuși, acești neutrini sunt extrem de greu de detectat, a subliniat Wissel.
"La orice moment, un miliard de neutrini traversează unghia de la degetul tău, dar nu interacționează aproape deloc. Aceasta este dificultatea: dacă reușim să-i detectăm, înseamnă că au străbătut distanțe enorme fără să interacționeze cu altceva. Putem astfel detecta neutrini care vin de la marginea universului observabil", a adăugat ea.
Odată detectați și urmăriți până la sursă, acești neutrini pot oferi informații despre evenimente cosmice inaccesibile chiar și celor mai performante telescoape, deoarece călătoresc aproape cu viteza luminii și rareori sunt deviați sau opriți.
Wissel și cercetători din întreaga lume lucrează la proiectarea și construirea unor detectoare avansate capabile să capteze chiar și cele mai slabe semnale de neutrini. Fiecare semnal conține informații valoroase, motiv pentru care orice detecție este semnificativă.
"Folosim detectoare radio pentru a construi telescoape uriașe de neutrini, astfel încât să putem observa o rată de evenimente extrem de scăzută", a explicat Wissel, care a proiectat experimente de detectare a neutrinilor în Antarctica și America de Sud.
ANITA este unul dintre aceste instrumente și a fost amplasat în Antarctica tocmai pentru a evita interferențele radio. Detectorul radio, montat pe un balon, survolează întinderile înghețate și captează așa-numitele "ploi de gheață".
"Antenele noastre radio sunt montate pe un balon care zboară la aproximativ 40 de kilometri altitudine, deasupra gheții antarctice. Le orientăm în jos spre gheață și căutăm semnale produse de neutrini care interacționează cu gheața, emițând unde radio ce pot fi detectate de instrumentele noastre", a spus Wissel.
Neutrinii de tip "tau" care interacționează cu gheața produc o particulă secundară numită "lepton tau", care iese din gheață și se dezintegrează, adică își pierde energia și se transformă în alte particule. Acest proces generează o așa-numită "aversă de aer".
"Dacă ar fi vizibile cu ochiul liber, aceste ploi de particule ar arăta ca o strălucire care se mișcă într-o singură direcție, cu scântei în urmă", a explicat Wissel.
Cercetătorii pot diferenția semnalele provenite din ploile de gheață și cele de aer, ceea ce le permite să deducă caracteristicile particulei inițiale. Aceste semnale pot fi apoi localizate înapoi la sursă, după un principiu similar cu traiectoria previzibilă a unei mingi care ricoșează. Însă semnalele anormale descoperite recent nu se încadrează în acest tipar, deoarece unghiul de sosire este mult mai abrupt decât anticipează modelele actuale.
Comparând datele adunate din mai multe zboruri ale experimentului ANITA cu modele matematice și simulări ale razelor cosmice obișnuite și ale ploilor de aer ascendente, cercetătorii au reușit să elimine zgomotul de fundal și să excludă alte surse cunoscute de semnale bazate pe particule.
Ulterior, au verificat dacă detectoare independente – precum IceCube și Observatorul Pierre Auger – au înregistrat semnale similare. Nicio corespondență nu a fost găsită, ceea ce i-a determinat pe cercetători să clasifice semnalul detectat de ANITA drept "anomal", adică generat de particule care nu par a fi neutrini.
Semnalele nu se încadrează în modelul standard al fizicii particulelor, iar unele teorii sugerează că ar putea fi un indiciu al materiei întunecate.
"Totuși, lipsa unor observații similare în experimentele IceCube și Auger restrânge considerabil opțiunile posibile", a menționat Wissel.
Universitatea Penn State are o experiență de aproape un deceniu în construirea de detectoare și analiza semnalelor de neutrini, iar echipa lui Wissel lucrează în prezent la dezvoltarea unui nou detector de ultimă generație. Noul sistem, denumit PUEO, va fi mai mare și mai eficient în captarea semnalelor neutrinice și ar putea oferi răspunsuri cu privire la natura semnalelor anomale.
"Bănuiala mea este că există un efect interesant de propagare a undelor radio în apropierea gheții sau a orizontului, pe care nu îl înțelegem încă pe deplin, dar am investigat deja mai multe astfel de ipoteze fără să identificăm cauza exactă", a spus Wissel.
"Așadar, deocamdată rămâne unul dintre aceste mistere persistente. Sunt entuziasmată de perspectiva lansării PUEO, care va avea o sensibilitate mai ridicată. Sperăm că vom detecta mai multe astfel de anomalii și că, în cele din urmă, vom înțelege ce sunt ele. Iar dacă vom reuși să detectăm neutrini, ar fi și mai fascinant", a încheiat aceasta.