物理學(xué)家們觀測到兩種不同尋常的無線電信號，它們由懸掛在巨大氣球上的南極脈沖瞬變天線（ANITA，下文稱為安妮塔）探測器發(fā)出，但科學(xué)家們一直對此摸不著頭腦。安妮塔發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)信號都是由宇宙射線穿過大氣層產(chǎn)生，而這兩種異常信號似乎是在粒子穿過地殼向上移動(dòng)過程中形成的。這些粒子可能是中微子，但它們的性質(zhì)與粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型不一致。

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圖解：南極脈沖瞬變天線探測器準(zhǔn)備起飛 (安妮塔合作組)

安妮塔在美國帶領(lǐng)下合作開發(fā)，由美國宇航局資助，它將96個(gè)無線電天線懸掛在一個(gè)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的氦氣球上。在近40公里的高空連續(xù)飛行數(shù)周后，安妮塔探測到從位于南極洲的一個(gè)130萬平方公里狹長地帶發(fā)射的無線電波。它的主要目的是收集宇宙中微子從太空深處發(fā)出的信號從而嘗試追溯超高能量宇宙射線的起源，這種射線被認(rèn)為與宇宙中微子產(chǎn)生于同一地方。

這些有趣的中微子穿過地球并與南極冰原中的原子核相互作用，產(chǎn)生帶電粒子簇然后釋放出無線電波。安妮塔還可以在宇宙射線下行與大氣碰撞時(shí)接收到信號。這一過程中產(chǎn)生的無線電波會(huì)從冰面上反彈回來進(jìn)入安妮塔的天線中。

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圖解：NASA南極監(jiān)測器 圖源：百度

位移指示器偏振

這兩種信號可以通過測量無線電波偏振來區(qū)分，宇宙射線信號為水平偏振而中微子信號為垂直偏振。此外，天文臺(tái)還分離出了一小部分空氣簇射，這些空氣簇射的無線電輻射不會(huì)從冰面上反彈而是以一個(gè)非常小的幾乎與地面平行的角度直接飛向冰面。由于這些波不被反射因此不會(huì)出現(xiàn)相位倒置，這意味著它們的相位與跳躍變化相比相差180。

科學(xué)家們在安妮塔2006- 2007年的首次飛行數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不尋常的結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示了一個(gè)水平偏振并且從任意目的角度來看都像是宇宙射線信號。它也沒有發(fā)生相位倒置，這表明原始粒子可能是水平運(yùn)動(dòng)的，然而這一信號到達(dá)的角度要陡峭的多并且遠(yuǎn)低于地平線水平。

為了解釋這一現(xiàn)象，夏威夷大學(xué)的彼得·戈漢姆和安妮塔合作組的同事們假設(shè)這個(gè)信號不是由中微子產(chǎn)生的空氣簇射形成的，而是由中微子相互作用的產(chǎn)物產(chǎn)生的空氣簇射形成的，這些產(chǎn)物可能是輕子。他們認(rèn)為中微子會(huì)在冰內(nèi)或冰下相互作用產(chǎn)生一個(gè)輕子，輕子會(huì)沿著中微子的軌道繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，但只有在它離開冰層后才會(huì)衰變。由此產(chǎn)生的無線電波便成為水平偏振的。

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圖解：NASA南極監(jiān)測站 圖源：新浪

但這個(gè)想法是存疑的，因?yàn)榕c能量較低的中微子不同，負(fù)責(zé)發(fā)出信號的高能中微子在穿過地球幾百公里后會(huì)發(fā)生相互作用(在更高的能量下中微子相互作用的橫截面會(huì)變得更大)。然而，研究人員計(jì)算出中微子的運(yùn)行軌道一定穿過了約7000公里的固體物質(zhì)，同時(shí)他們認(rèn)為這種幾率只有10萬分之一。

人類活動(dòng)

戈勒姆認(rèn)為這次事件可能是由人類活動(dòng)引起的，但是當(dāng)他和同事們觀察安妮塔在2014- 2015年第三次飛行的數(shù)據(jù)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)類似的信號。研究人員計(jì)算出這兩件事構(gòu)成了一種證據(jù)來解釋這些異?，F(xiàn)象。他說，仍然有可能是兩個(gè)沒有關(guān)聯(lián)的人造成了這些，他們在離各自南極基地很遠(yuǎn)的地方發(fā)射了單一的無線電脈沖。但這在現(xiàn)階段來說不太可能。

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圖源：百度

英國利茲大學(xué)的艾倫·沃森也認(rèn)為這些信號不是人為的。但另一方面來說，這些中微子的發(fā)現(xiàn)是合理的，也補(bǔ)充道，他驚訝于南極的冰立方探測器和阿根廷的皮埃爾奧杰天文臺(tái)都沒有看到類似的事件。

加州大學(xué)洛杉磯分校的亞歷山大·庫先科認(rèn)為有可能這些信號被冰反射了但沒有發(fā)生相位反轉(zhuǎn)，也許是因?yàn)樗鼈冊诘乇硐卤幻芏容^低的地層反射。與此同時(shí)，芝加哥大學(xué)的帕維爾·默特羅克認(rèn)為關(guān)于中微子相互作用截面計(jì)算出了錯(cuò)，“計(jì)算結(jié)果在比安妮塔探測器小得多的能量下得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，而外推法通常不那么可信?！?/span>

宇宙開關(guān)

戈勒姆的團(tuán)隊(duì)找到了另一種可能性，在時(shí)空的適當(dāng)位置開啟一個(gè)非常強(qiáng)大的宇宙中微子源，以提供克服地球制動(dòng)能力所需的流量。他和同事們通過搜索天體物理目錄發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)事件的可能來源于2014年觀測到的一個(gè)超新星，但沒有發(fā)現(xiàn)符合第一個(gè)事件的天體。

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圖源：搜狐

這就有了更多更奇特的可能性。戈勒姆還提到一些理論學(xué)家正在探索這些事件是否與惰性中微子有關(guān)，這種惰性中微子與擴(kuò)展后的標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)測的正常中微子是近親，有研究小組表明已經(jīng)有證據(jù)證明。他們認(rèn)為惰性中微子會(huì)穿過地球的大部分區(qū)域，之后在地表之下轉(zhuǎn)化為中微子。

在戈勒姆看來，解開這個(gè)謎團(tuán)并不容易?！叭绱擞邢薜慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)使我們很難真正確定其原因。但我們將繼續(xù)努力?！标P(guān)于這項(xiàng)研究的論文發(fā)表在arXiv網(wǎng)站上和《物理評論快報(bào)》。

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圖源：搜狐

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作者: Edwin Cartlidge

FY: 嘿喲heyo

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