(Eiswürfel/NSF) Als Physiker Signale hoher Energie entdeckten Neutrinos Sie kamen aus einer eher unwahrscheinlichen Richtung im Kosmos und machten sich natürlich auf die Suche nach einer aussagekräftigen Quelle, die dies erklären könnte.
Eine intensive Untersuchung der wahrscheinlichsten Ursprünge dieser reaktiveren Formen von „Geister“-Partikeln ist nun ergebnislos verlaufen und eröffnet den Weg für exotischere Spekulationen darüber, was hinter den seltsamen Signalen stecken könnte.
Durchforsten von Daten aus sieben Jahren der Neutrino-Jagd IceCube-Experiment , muss ein großes Team von Forschern aus der ganzen Welt nun zugeben, dass konventionelle Erklärungen für die Entdeckung ziemlich schwach erscheinen.
Neutrinos sind elektronenähnliche Mitglieder der Standardmodell der Elementarteilchen. Im Gegensatz zu Elektronen haben sie wahnsinnig kleine Massen und keine Ladung.
Diese schlanke Neutralität bedeutet, dass Neutrinos keine Lust haben, anzuhalten und mit anderen Teilchen zu plaudern. Der Atomzerfall tief im Inneren der Sonne schickt jede Sekunde Schwalle davon durch den Planeten, wobei nur ein Bruchteil nahe genug an ein Atom gelangt, um eine spürbare Reaktion auszulösen.
Um den seltenen Blitz eines zu fangen Neutrino Beim Aufprall auf ein gefrorenes Wassermolekül nutzt das IceCube-Observatorium lange Reihen empfindlicher Lichterfassungsgeräte, die unter dem antarktischen Eis vergraben sind.
Seit fast einem Jahrzehnt zeichnet es Hunderte von Blitzen pro Tag auf und baut so eine umfangreiche Datenbank mit Informationen über die Richtungen und Energien der Neutrinos auf, die über die Erde strömen.
Aber es ist nicht das einzige Spiel in der Stadt. Aus einer Höhe von fast 40 Kilometern über der Antarktis, schwebend an einem Heliumballon, schwebt die Antarctic Impulsive Transient Antenna der NASA ( ANITA ) fängt Hinweise darauf ein, dass Neutrinos mit lächerlich hoher Energie auf Atome in der Atmosphäre prallen.
Für ANITA steht es noch am Anfang, aber bereits bei den ersten Flügen in den letzten Jahren konnten mehrere verräterische Blitze der energiereichen Teilchen erfolgreich entdeckt werden. Seltsamerweise kamen zwei der Signale nicht vom leeren Himmel darüber, sondern durch den Planeten selbst.
Für ein träges Neutrino, frisch von der Sonne, wäre das nicht allzu überraschend. Aber bei den von ANITA aufgezeichneten Energien werden Neutrinos zu echten Prominenten und verschmelzen viel schneller mit den Atomen unseres Planeten, so dass nur sehr wenige davon unberührt bleiben.
„Es wird allgemein gesagt, dass Neutrinos „schwer fassbare“ oder „gespenstische“ Teilchen sind, weil sie die bemerkenswerte Fähigkeit haben, Materie zu durchdringen, ohne mit etwas zusammenzustoßen.“ sagt der Astrophysiker Alex Pizzuto von der University of Wisconsin-Madison in den USA.
„Aber bei diesen unglaublichen Energien sind Neutrinos wie Bullen im Porzellanladen – es ist viel wahrscheinlicher, dass sie mit Teilchen auf der Erde interagieren.“
Dass ein paar „bullische“ Neutrinos den ganzen Planeten durchquert haben, bedarf einer Erklärung.
Natürlich könnte es sich auch nur um Zufallsentdeckungen unglaublich seltener Exemplare handeln. So viel Glück zu haben, ist nicht ausgeschlossen. Es ist jedoch weitaus wahrscheinlicher, dass die entdeckten Partikel als Teil einer riesigen Ansammlung auf dem Planeten einschlugen.
Hochenergetische Neutrinos entstehen in der Regel durch Wechselwirkungen zwischen kosmischer Strahlung und Atomkernen, bevor sie tief im Kosmos von starken Magnetfeldern stark angestoßen werden.
Aus diesem Grund erstellten die Forscher Statistiken darüber, wie viele hochenergetische Neutrinos nötig wären, um eine gute Chance zu haben, dass ANITA sie entdeckte, und durchforsteten die Daten von IceCube, um mögliche Ereignisse zu finden, die dafür verantwortlich sein könnten, dass sie in großer Zahl entstehen.
„Dieser Prozess macht IceCube zu einem bemerkenswerten Werkzeug zur Nachverfolgung der ANITA-Beobachtungen, denn für jedes anomale Ereignis, das ANITA erkennt, hätte IceCube viele, viele weitere erkennen müssen.“ sagt die Physikerin Anastasia Barbano von der Universität Genf in der Schweiz.
„Was wir in diesen Fällen nicht getan haben.“
Also, wohin nun?
Zunächst einmal sollte man bedenken, dass selbst die am besten finanzierten, professionellen Experimente fehleranfällig sein können.
Vor weniger als einem Jahrzehnt , es herrschte große Aufregung über die Möglichkeit, Neutrinos zu finden, die sich schneller als Licht bewegen … a Die Feststellung wurde ausführlich getestet , bevor es festgestellt wurde höchstwahrscheinlich ein Fehler .
Der Neue Erkenntnisse liegen derzeit vor auf der Pre-Print-Seite arXiv.org, eine Einreichung ist im Gange Das Astrophysikalische Journal, wo die Ergebnisse von der wissenschaftlichen Gemeinschaft einer genaueren Prüfung unterzogen werden.
Aber es gibt ein paar verlockende Möglichkeiten, die wir schon jetzt in Betracht ziehen können und die wir sogar wagen, uns Erklärungen außerhalb der etablierten Physik vorzustellen.
„Unsere Analyse schloss die einzige verbliebene astrophysikalische Erklärung des Standardmodells für die anomalen ANITA-Ereignisse aus.“ sagt Pizzuto .
„Wenn diese Ereignisse also real sind und nicht nur auf Merkwürdigkeiten im Detektor zurückzuführen sind, dann könnten sie auf eine Physik jenseits des Standardmodells hinweisen.“
Eine Möglichkeit besteht darin, dass kosmische Beschleuniger Neutrinoausbrüche in Zeiträumen ausstoßen, die zu kurz sind, als dass Wissenschaftler sie mit der aktuellen Technologie einfangen könnten.
Wenn wir richtig wild werden wollen, denken wir vielleicht sogar über eine Rolle nach Dunkle Materie , oder stellen Sie sich neue Arten von Teilchen vor, die wie hochenergetische Neutrinos wirken, aber auf andere Weise erzeugt werden.
Es gibt viel Raum für Fragen, und derzeit steckt unsere Suche nach den Geheimnissen der Neutrinos noch in den Kinderschuhen. Da es so viel zu lernen gibt, sind die Hoffnungen groß Neutrinos geben Einblick in große Geheimnisse, die den Weg zu einer neuen Physik weisen könnten.
IceCube und ANITA werden zweifellos nach weiteren dieser rätselhaften, energiereichen „Geister“ Ausschau halten, in der Hoffnung, die Grenzen der Physik zu erweitern.
Das Vordruckpapier ist unter erhältlich arXiv.org .