Стратосферный детектор ANITA зафиксировал серию аномальных радиоволн, которые не поддаются научному объяснению. Что это: ошибка в расчетах, неизвестная ранее частица или признак того, что современная модель физики элементарных частиц трещит по швам?
ANITA и ее миссия
Где-то в сорока километрах над замерзшей поверхностью Антарктиды летит стратостат. На его борту — сложный комплекс радиодетекторов и антенн, направленных одновременно на лед и атмосферу в надежде засечь след космического путешественника — нейтрино.
Это ANITA — Antarctic Impulsive Transient Antenna, эксперимент по ловле редчайших частиц Вселенной. Именно он в последние годы преподносит ученым все больше загадок. И одна из них — возможно, самая интригующая — была зафиксирована совсем недавно.
Команда международных исследователей, в том числе из Университета штата Пенсильвания, опубликовала в журнале Physical Review Letters данные о радиосигналах, пришедших, как ни странно, из-под поверхности льда — под углом, который физика элементарных частиц называет невозможным.
Почему нейтрино — это важно
Нейтрино — элементарные частицы с нулевым зарядом, которые практически не взаимодействуют с материей. Они повсюду: их испускают звезды, сверхновые и другие космические источники. Ежесекундно через человеческое тело проходят миллиарды нейтрино, не оставляя ни следа.
Именно в этом и трудность, и ценность: если удается зарегистрировать нейтрино и определить его происхождение, ученые могут получить бесценные сведения о событиях, произошедших миллиарды лет назад на краю наблюдаемой Вселенной.
Антарктида — идеальное место для таких поисков. Слои чистейшего льда позволяют обнаруживать редчайшие взаимодействия, а отсутствие человеческой активности и радиопомех делает сигналы особенно отчетливыми.
Что обнаружили
Обычно стратосферный детектор улавливает сигналы от космических частиц, которые сталкиваются с атмосферой или антарктическим льдом. Особую ценность для группы исследователей представляют тау-нейтрино — редкий тип нейтрино, способный породить нестабильную элементарную частицу тау-лептон. Он, в свою очередь, быстро распадается и вызывает каскад вторичных частиц. Как раз этот процесс можно зарегистрировать в виде радиоимпульсов, отражающихся от поверхности льда и внешней среды.
Но последние зарегистрированные сигналы не отражались — они пришли из-под земли. Согласно расчетам, для того, чтобы детектор зафиксировал колебания такого рода, волне пришлось бы пройти сквозь тысячи километров плотных земных пород. Такой путь должен был полностью поглотить сигнал — но он все же дошел. Более того, по словам одного из участника проекта ANITA, доцента кафедры физики и астрофизики Пенсильванского университета Стефани Виссел, эти сигналы пришли под необычайно острым углом — порядка 30 градусов под поверхностью льда.
Почему это аномалия
Известные физикам частицы не могут достичь поверхности под таким углом, что исключает гипотезу о том, что сигналы мог породить именно нейтрино. Помимо этого, по словам исследовательской группы, сигналы были слишком «глубокими» и «острыми», чтобы их можно было списать на известные источники. Они пришли из-под горизонта — что невозможно ни для нейтрино, ни для других известных физикам частиц, даже с учетом редких взаимодействий.
Ученые из группы ANITA перепроверили данные совместно с другими крупными обсерваториями, включая IceCube и Pierre Auger, но ни одна из них не нашла объяснения зафиксированным сигналам. В таком контексте предложить альтернативу крайне сложно. Остается два пути: либо это принципиально новая физика, либо в наших представлениях о взаимодействии радиоволн с антарктическим льдом кроется серьезная недоработка.
Новый шаг, новая гипотеза
Основное предположение ученых заключается в том, что в имеющихся моделях распространения радиоволн вблизи льда и у горизонта может присутствовать ошибка. В альтернативном случае, если объяснение аномалии лежит за пределами стандартной модели физики — это может означать существование ранее неизвестных форм материи и взаимодействий. Возможно, это одна из первых зацепок к пониманию природы темной материи или других фундаментальных аспектов устройства Вселенной.
Команда ANITA уже почти десятилетие занимается разработкой и анализом нейтринных детекторов. Сейчас они строят новую установку — PUEO, более масштабную и чувствительную. В представлении ученых она даст возможность точнее фиксировать радиосигналы, изучать их происхождение и, возможно, прояснит природу новых антарктических аномалий.
Подпишитесь на «Ведомости» в Telegram