Undersøgelse giver en ny forklaring på neutrinoanomalier i Antarktis

En ny forskningsartikel, der er medforfattet af en Virginia Tech-assistentprofessor i fysik, giver en ny forklaring på to nylige mærkelige begivenheder, der fandt sted i Antarktis - højenergi-neutrinoer, der ser ud til at komme op af Jorden på egen hånd og går mod himlen.

Anomalierne opstod i 2016 og 2018 og blev opdaget af forskere, der søgte efter ultrahøjenergi kosmiske stråler og neutrinoer, der kommer fra rummet, alt sammen sporet af en række radioantenner knyttet til en ballon, der flyder omkring 23 miles over Sydpolen. Neutrinoer er meget små partikler, skabt på flere måder, inklusive eksploderende stjerner og gammastråleudbrud. De er overalt i universet og er små nok til at passere gennem stort set alle objekter, fra mennesker til at føre til bygninger og selve Jorden.

Begivenhederne blev opdaget af forskere ved ANITA-eksperimentet - det er en forkortelse for Antarctic Impulsive Transient Antenna, startede i 2006 - på Sydpolen. To gange, ANITA-forskere opdagede radiosignaler, der efterligner meget energiske neutrinoer, der tilsyneladende kommer op af jorden af ​​egen drift. Forskere er stadig forvirrede over aktiviteten, med omkring 40 papirer indtil videre, der giver vildt forskellige svar - impulserne er neutrinoer, der passerede ubehæftet gennem hele Jordens kerne og kom ud af jorden; pulserne er den længe efterspurgte "fjerde" neutrino kendt som den sterile neutrino; det mystiske "mørke stof" i rummet er skylden; eller dette er en helt ukendt grænse for partikel- og/eller astrofysik, der tigger om en Nobel.

Ian skomager, en adjunkt ved Institut for Fysik og Center for Neutrinofysik, begge en del af Virginia Tech College of Science, har en anderledes, enklere forklaring. I en nylig afhandling offentliggjort i tidsskriftet Annals of Glaciology, Skomager og flere kolleger hævder, at anomalierne ikke er fra neutrinoer, men er blot uvendte refleksioner af de ultra-højenergiske kosmiske stråler, der ankommer fra rummet – savner det øverste lag is – og derefter kommer ind i jorden, slående dybt, komprimeret sne kendt som firn.

"Vi tror, ​​at undergrundsfirn er synderen, sagde Skomager, tilføjer, at "firn er noget mellem sne og gletsjeris. Det er komprimeret sne, der ikke er helt tæt nok til at være is. Så, du kan have tæthedsinversioner, med områder, hvor du går fra høj tæthed tilbage til lav tæthed, og de afgørende former for grænseflader, hvor denne refleksion kan ske og kunne forklare disse begivenheder."

Skomager fik på papiret følgeskab af sin tidligere ph.d. rådgiver, Alexander Kusenko fra University of California Los Angeles' Institut for Fysik og Astronomi; Andrew Romero-Wolf, et medlem af ANITA-teamet og en forsker ved California Institute of Technologys Jet Propulsion Laboratory; og fire andre forskere, herunder to glaciologer:Dustin Shroeder fra Stanford University og Martin Siegert fra Imperial College London.

Kald det et tilfælde af Occams barbermaskine (det er den århundreder gamle teori om, at den enkleste løsning højst sandsynligt er den rigtige, for dem, der sprang over filosofi på college), men Shoemaker er ikke rækværk for ANITA. "Uanset hvad ANITA har fundet, det er meget interessant, men det er måske ikke en nobelprisvindende partikelfysisk opdagelse." Men han udelukker ikke, at de såkaldte anomalier ikke har nogen videnskabelig værdi. "ANITA kunne stadig have opdaget noget interessant om glaciologi i stedet for partikelfysik, det kunne være ANITA opdagede nogle usædvanlige små gletsjersøer."

Sub-glaciale søer var en anden overvejelse af Shoemaker og hans team for refleksionerne. Disse søer, dybt under jorden, selvom, er for langt spredt ifølge den nuværende forskning, og er derfor ikke den mest sandsynlige forklaring. Men hvis der er langt flere søer end tidligere kendt, denne opdagelse ville være en stor gevinst for videnskabsmænd, der studerer landskabet og det indre af Antarktis. Shoemaker og hans team foreslår, at videnskabsmænd målrettet sprænger radiosignaler ind i de områder, hvor uregelmæssighederne opstod.

"Jeg vidste ikke noget om dem, men de eksisterer virkelig, "Skomager sagde om søer under gletsjer i Antarktis. "Der er søer under isen i Antarktis, og de ville have de rigtige reflekterende egenskaber, men de er ikke udbredte nok. Vores idé er, at en del af radiopulsen fra en kosmisk stråle kan komme dybt ind i isen, før den reflekteres, så du kan have refleksionen uden faseflip. Uden at vende bølgen, i det tilfælde, det ligner virkelig en neutrino."

Skomager tilføjede, at "Når kosmiske stråler, eller neutrinoer, gå gennem is ved meget høje energier, de spredes på materialer inde i isen, på protoner og elektroner, og de kan lave et udbrud af radio, et stort flot radiosignal, som forskerne kan se. Problemet er, at disse signaler har den radiopuls, der er karakteristisk for en neutrino, men de ser ud til at krydse langt mere end det er muligt givet kendt fysik. Det gør almindelige neutrinoer bare ikke. Men kosmiske stråler ved disse energier er almindelige hændelser og er blevet set af mange, mange eksperimenter."