Ismeretlen eredetű, az Antarktisz jégpáncélja alól érkező titokzatos rádiójeleket fogtak

A héliumlégömbre szerelt és az Antarktisz felett 40 kilométeres magasságban lebegő Implusive Transient Antenna (ANITA) műszeregysége két rendellenes jelenséget észlelt. Az ismeretlen és semmihez sem hasonlítható rádiójelek furcsasága, hogy mélyen az Antarktisz jégpáncélja alól érkeztek az ANITA detektoraiba.

Ismeretlen és ejtélyes eredetű rádióhullámokat detektáltak amelyek mélyen az Antarktisz jégpáncélja alól érkeztek Fotó: Christian Åslund Forrás: Greenpeace United Kingdom

Ismeretlen rádiójelek érkeztek az Antarktisz több kilométer vastag jégpáncélja alól amiket az ANITA projekt magasban lebegő mérőműszerei érzékeltek. Az ANITA, vagyis az Antarktiszi Impulzív Tranziens Antenna egy olyan kísérleti projekt, amelyben érzékeny mérőműszerek egész sorát lebegtetik az Antarktisz felett egy sztratoszféra-ballon segítségével. E tudományos vállalkozás célja azoknak az univerzum mélyéről érkező apró kozmikus részecskéknek, a neutrínóknak a kimutatása és tanulmányozása, amelyek csak a gravitációval és a gyenge erővel lépnek kölcsönhatásba.

Ismeretlen eredetű rádióimpulzusokat detektált az ANITA sztartoszféra-ballonjának műszeregysége az Antarktiszon     Fotó: Stephanie Wissel / Penn State / Ilf Science

Ismeretlen rádiójelek a jég alól, amelyekre nincsen magyarázat

"Antennáinkat a jégre irányítjuk és neutrínókat keresünk, amelyek miközben áthaladnak a jégen rádiósugárzást bocsátanak ki, amit a detektorainkkal érzékelhetünk"- mondja Stephanie Wissel, a Penn State Egyetem asztrofizikus-docense. A "neutrínóvadászattal" foglalkozó kutatócsoport nemrégiben azonban olyan rendkívül szokatlan rádiójelekkel találkozott, amelyekről úgy tűnik, hogy dacolnak a jelenlegi részecskefizikai ismereteinkkel.

A neutrínók az univerzum mélységeiből érkezve érik el a Földet    Fotó: IceCube Collaboration/NASA

A neutrínó a leptonok közé tartozó könnyű elemi részecske, amely semleges, azaz nem rendelkezik elektromos töltéssel és így elektromágneses kölcsönhatásban sem vesz részt. Ezzel magyarázható, hogy a neutrínó rendkívül közömbösen viselkedik az anyaggal szemben, vagyis a kölcsönhatási vagy ütközési hatáskeresztmetszete rendkívül kicsi, amit jól illusztrál, hogy egy egy fényév vastagságú ólomfalon a neutrínóknak mintegy fele képes lenne áthaladni.

A tudósok szerint két rendellenes és ismeretlen eredetű rádióimpulzus érkezett mélyen a jeges felszín alól. 

"Az általunk észlelt rádióhullámok nagyon meredek 30 fokos szögben érkeztek a jég felszíne alól" - hangoztatja Stephanie Wissel, akit az Ilf Science tudományos hírportál idéz. A tudóscsapat számításai azt mutatták, hogy e titokzatos rádióhullámoknak 6000-7000 kilométernyi sziklán kellett áthaladnia az impulzus észleléséhez, ami merő képtelenségnek tűnik, mivel"normál" esetben e hullámoknak fel kellett volna szívódniuk és  láthatatlannak maradniuk. 

Neutrínók számítógépes illusztrációja     Fotó: VICTOR HABBICK VISIONS / VHB

"Ez nagyon érdekes probléma, mert még mindig nincs magyarázatunk arra, hogy mik ezek az anomáliák, de azt tudjuk, hogy nagy valószínűséggel nem a neutrínókhoz kötődhetnek" - magyarázza Wissel.

Sehol sem figyeltek még meg ehhez hasonló jelenséget

Amint a tau-neutrínók elérik az Antarktisz felszínét kölcsönhatásba lépnek a jéggel, miközben rádiósugárzást bocsátanak ki; ezt a jelenséget nevezik „jégzápornak” a kutatók. E folyamat során egy másodlagos részecske is keletkezik, a tau lepton, ami a haladása közben még tovább bomlik. Az ebből eredő kibocsátást „levegőzáporként” ismerik a tudósok. E jelek elemzésével a kutatók meghatározhatják az azokat létrehozó részecske tulajdonságait, és megpróbálhatják visszavezetni azt egészen a forrásáig. 

Az Ice Cube Neutrínó Detektor    Fotó: IceCube Collaboration

De a jelenlegi esetnél az a probléma, hogy a rádióimpulzus szöge sokkal élesebb, meredekebb, mint ahogy a neutrínóknál jósolják a modellek. A tudósok más neutrínó-obszervatóriumok – így többek között az IceCube Experiment és a Pierre Auger Obszervatórium – adatait megvizsgálva azt találták, hogy sehol sem mutattak még ki ehhez hasonló felfelé haladó légzáporokat, illetve semmi olyasmit, ami megmagyarázhatná az ANITA által észlelteket. "Ezek az események erős vízszintes polarizációt mutatnak, de az UHECR záporok visszavert impulzusaira várt polaritás-inverzió nélkül" - magyarázzák a kutatók a Physical Rewiew Letters tudományos szaklapban megjelent tanulmányukban. 

Még nem tudni, hogy mi érkezett az Antarktisz jege alól    Fotó: PETTY OFFICER 3RD CLASS KEVIN J.

"Ezeket a felfelé irányuló légzáporok idézhetik elő, amiket a felszín alatti ultranagy energiájú tau-neutrínó kölcsönhatások során létrejövő tau lepton bomlások okoznak. A megfigyelt impulzusok iránya azonban azt sugallja, hogy a neutrínóknak körülbelül 6000-7000 km-t kell megtenniük a Föld kőzetrétegein keresztül mielőtt kölcsönhatásba kerülnének a jégfelületi energiával -írják a tanulmányban.

Könnyen lehetséges, hogy egy új, teljesen  ismeretlen fizikai jelenséggel állunk szemben

A kutatócsoport a kapott eredmények alapján kizárja annak valószínűségét, hogy a titokzatos és egyelőre még megmagyarázhatatlan eredetű rádióhullámok hátterében  a neutrínók állnának. A kutatók az ehhez fűződő modellszámításaik és szimulációik alapján azt is elvetették, hogy esetlegesen a mikrohullámú háttérsugárzás vagy más kozmikus részecskék okozhatják ezt a hagyományos részecskefizikával megmagyarázhatatlan jelenséget.  "Egyelőre még nem vagyunk biztosak benne, de lehet, hogy az észleléseink egy új fizikához vezetnek" - véli Stephanie Wissel.

A világegyetem távoli részéből érkező neutrínók játszi könnyedséggel haladnak át a földkérgen    Fotó: Basic RGB

 „Azt sejtem, hogy valami érdekes rádióterjedési hatás lép fel a jég, illetve a horizont közelében amit egyelőre még nem értek teljesen, mert nem ismert a jelenség pontos fizikai mechanizmusa” – tette hozzá a kutató. A felfedezés hatására a tudóscsapat elkezdte továbbfejleszteni az ANITA projektet és egy még sokkal érzékenyebb detektor, a PUEO megalkotásába fogott. A kutatók azt remélik, hogy ezzel az új és az előzőeknél érzékenyebb műszer segítségével nagyobb esélyük lesz beazonosítani a rejtélyes jelek pontos eredetét is. Az egyik legfontosabb eldöntendő kérdés, hogy egy teljesen új és ismeretlen fizikai jelenséggel állunk-e szemben, vagy pedig valamilyen környezeti hatás vagy hatások együttese okozza-e ezt a titokzatos anomáliát.

A tanulmány teljes terjedelmében és angol nyelven itt olvasható el.

Az Antarktisz jégpáncélja alól érkező rádiójelek a tanulmány szerint:

• valószínűtlen, hogy neutrínókkal lennének kölcsönhatásba hozhatók,
• kizárható, hogy a háttérsugárzás vagy más kozmikus részecskék állnának a jelenség hátterében,
• természetük ellentmond a részecskefizika törvényeinek és eredetükre nincs még magyarázat.