Antarktika’daki Bilim İnsanları, Bilinen Fizik Yasalarına Meydan Okuyan Derin Dünya Sinyalleri Tespit Etti
Antarktika üzerinde kozmik radyo dalgalarını tespit etmek için tasarlanan balon tabanlı bir deney, buzun derinliklerinden geldiği görünen tuhaf sinyalleri yakaladı. Bilim insanları, bu sinyallerin, parçacık fiziği hakkındaki mevcut anlayışımızı zorladığını söylüyor.
Antarktik Dürtüsel Geçici Anten (ANITA) deneyi, NASA balonlarına bağlanan radyo antenlerinden oluşuyor ve Antarktika yüzeyinin 19 ila 24 mil (30 ila 39 kilometre) üzerine yerleştiriliyor. Son yıllarda, dedektör, Dünya’nın içinden yükselen radyo darbeleri kaydetti. ANITA, bu sinyalleri “buz yüzeyinin 30 derece altı gibi çok dik açılarda” tespit etti. Penn State’de fizik doçenti olan ortak yazar Stephanie Wissel, bu radyo darbelerinin dedektöre ulaşması için 6.000 ila 7.000 kilometre (3.700 ila 4.300 mil) katı kaya boyunca geçtiğini ve bunun imkansız olması gerektiğini belirtti. Wissel, bir üniversite açıklamasında bu durumu dile getirdi.
Mevcut parçacık fiziği modellerine göre bu radyo darbeleri, kaya tarafından tamamen emilmeli ve tespit edilemez olmalıydı. “Bu ilginç bir sorun çünkü bu anomalilerin ne olduğunu hala açıklayamıyoruz,” dedi Wissel. Kendisi ve meslektaşları, bulgularını Mart ayında Physical Review Letters’ta yayımladılar.
ANITA’nın temel amacı, Dünya’ya ulaşan sinyalleri analiz ederek derin uzay olayları hakkında bilgi toplamaktır. Bu deney, hiçbir yükü olmayan ve tüm atom altı parçacıklar arasında en küçük kütleye sahip olan nötrinoların izini sürmekte önemli bir rol oynuyor.
Nötrinolar evrende bol miktarda bulunur – sürekli olarak içimizden geçerler ve genellikle Güneş veya süpernova gibi yüksek enerjili kaynaklardan gelirler. Sorun, sinyallerinin tespit edilmesinin çok zor olmasıdır. ANITA, nötrinoların Antarktik buz ile etkileşime girdiğinde yaydıkları radyo dalgalarını bularak bu zorluğun üstesinden gelmeye çalışıyor.
Balon tabanlı dedektör buz üzerinde dolanırken, nötrinoların yüzey buza çarpmasıyla tetiklenen parçacık akıntılarını, “buz duşlarını” arar. Bu parçacık akıntıları, ANITA tarafından tespit edilebilen radyo sinyalleri üretir. Buzla etkileşime giren nötrinolar, enerji kaybeden ve sonunda yok olan tau lepton adı verilen bir ikincil parçacık da üretir. Bu çürüme, “hava duşu” olarak bilinen başka bir emisyon türünü tetikler. Araştırmacılar, sinyali oluşturan parçacığı tanımlamak için buz ve hava duşlarını ayırt edebilir ve ardından sinyalin kaynağına geri ulaşabilirler.
Bununla birlikte, tuhaf sinyallerin alışılmadık derecede keskin açısı, onların buzla etkileşime giren nötrinolar ve ürettikleri tau leptonlarından geldiği ihtimalini ortadan kaldırdı. Wissel ve ekibi, birçok ANITA uçuşunun verilerini analiz etti ve bunları hem kozmik ışınlar hem de hava duşlarının matematiksel modelleri ve simülasyonlarıyla karşılaştırdı. Bu, ANITA’nın diğer bilinen parçacık tabanlı sinyalleri tespit etme olasılığını ortadan kaldırmalarını sağladı.
Ardından, araştırmacılar ANITA verilerini, IceCube Deneyi ve Pierre Auger Gözlemevi gibi diğer büyük nötrino dedektörlerinin bulgularıyla karşılaştırdı ve benzer anomaliler yakalayıp yakalamadıklarını inceledi. Yine bir cevap bulamadılar. Diğer dedektörler, ANITA’nın anomalilerini açıklayabilecek herhangi bir şey kaydetmedi. Wissel ve meslektaşları yalnızca, tuhaf sinyallere neden olan parçacıkların nötrinolar olmadığını kesin olarak söyleyebilirler.
Umarım, bir sonraki büyük dedektör bu anomaliler hakkında daha fazla bilgi ortaya çıkarır. Penn State’te, Wissel’in ekibi yeni görev için daha büyük ve nötrino sinyallerini daha iyi tespit edebilen Continuous Exploration Payload for Ultranihilistic Energy Observation (PUEO) misyonunu tasarlayıp inşa ediyor.
Olayların doğası hakkında erken bir hipotez geliştirmeye başladı bile. “Tahminim, buz veya ufuk yakınında tam olarak anlamadığım ilginç bir radyo yayılım etkisinin gerçekleştiği yönünde, ancak kesinlikle birkaçını araştırdık, fakat henüz herhangi birini de bulamadık,” dedi Wissel.
“Şu an, uzun süredir devam eden bu gizemlerden biri, ve PUEO uçtuğunda daha iyi bir hassasiyete sahip olacağımız için heyecanlıyım. Teorik olarak daha fazla anomali tespit etmeliyiz ve belki de gerçek anlamda ne olduklarını anlayabiliriz. Ayrıca nötrinoları da tespit edebiliriz, bu da bazı açılardan çok daha heyecan verici olurdu.”
