الرابط
SPACE.comيقول العلماء إن نبضات الراديو الغامضة التي تم رصدها على ارتفاع كبير فوق القارة القطبية الجنوبية قد تكون دليلاً على وجود جسيم جديد غريب
رصد كاشف جسيمات كونية موجةً من إشارات راديوية غريبة قادمة من جليد القارة القطبية الجنوبية، عصية على التفسير حاليًا. يقول العلماء إن هذه النتائج قد تُشير إلى وجود جسيمات جديدة، أو تفاعلات بين جسيمات غير معروفة حاليًا في الفيزياء.
التقطت تجربة هوائي النبضات الراديوية الغامضة على ارتفاع حوالي 40 كيلومترًا فوق الأرض (25 ميلًا) بواسطة هوائي النبضات العابرة للقارة القطبية الجنوبية (ANITA). ANITA عبارة عن سلسلة من الأجهزة التي تطفو فوق القارة القطبية الجنوبية ، محمولة بالبالونات بهدف اكتشاف النيوترينوات الكونية فائقة الطاقة (UHE) وغيرها من الأشعة الكونية التي تقذفها نحو الأرض من الفضاء.
تلتقط ANITA عادة الإشارات عندما تنعكس عن جليد القارة القطبية الجنوبية، ولكن هذه النبضات كانت مختلفة، حيث كانت قادمة من أسفل الأفق في اتجاه لا يمكن تفسيره حاليًا من خلال فيزياء الجسيمات.
قالت ستيفاني ويسل، عضوة فريق ANITA والباحثة في جامعة ولاية بنسلفانيا، في بيان : "إنها مشكلة مثيرة للاهتمام، لأننا ما زلنا لا نملك تفسيرًا فعليًا لماهية هذه الشذوذات". وأضافت : "ما نعرفه هو أنها على الأرجح لا تمثل نيوترينوات".
كانت الموجات الراديوية التي تم اكتشافها بواسطة ANITA موجهة بزوايا شديدة الانحدار، 30 درجة تحت سطح الجليد.
هذا يعني أن الإشارة اضطرت لمرور آلاف الأميال من الصخور قبل وصولها إلى أنيتا. كان من المفترض أن يؤدي هذا إلى تفاعلات تجعل نبضات الراديو ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن رصدها، ولكن من الواضح أن هذا لم يحدث هنا.
أنيتا تحصل على لمحة عن شبح كوني جديد
المشتبه به الواضح لهذه الإشارة هو النيوترينوات. ففي النهاية، صُممت ANITA لالتقاط بصمة هذه الجسيمات. تُعرف النيوترينوات بشكل غير رسمي باسم "الجسيمات الشبحية" نظرًا لعدم حملها أي شحنة ولكونها عديمة الكتلة تقريبًا.
وهكذا، عندما تتدفق النيوترينوات ــ وهي أيضا الجسيمات الأكثر وفرة في الكون ــ عبر الكون بسرعات تقترب من سرعة الضوء بعد إطلاقها بواسطة أحداث كونية قوية، فإنها يمكن أن "تنتقل" عبر المادة، دون أن تتفاعل إلا بالكاد.
هذا يعني أنها تبقى ثابتة بعد قطعها مسافات طويلة، مما يجعلها "رسلًا" مذهلة تُعلّم العلماء عن الأحداث التي أطلقتها. مع ذلك، فإن هذه الطبيعة الشبحية تجعل من اكتشاف النيوترينوات أمرًا بالغ الصعوبة.
قال ويسل: "هناك مليار نيوترينو يمر عبر ظفر إبهامك في أي لحظة، لكن النيوترينوات لا تتفاعل فعليًا. لذا، فهذه مشكلة ذات حدين. إذا رصدناها، فهذا يعني أنها قطعت كل هذه المسافة دون أن تتفاعل مع أي شيء آخر. ربما نرصد نيوترينو قادمًا من حافة الكون المرئي".
تستخدم تجربة هوائي النبض العابر في القطب الجنوبي (ANITA) البالونات لحمل أدوات حساسة عالياً فوق الجليد في القطب الجنوبي.(حقوق الصورة: ستيفاني ويسل / ولاية بنسلفانيا)
ولحسن الحظ، فإن مجرد التقاط نيوترينو واحد أثناء مروره عبر الأرض يمكن أن يكشف عن ثروة من المعلومات.
لذا، فإن تصميم تجارب متطورة ونقلها إلى مناطق نائية من الأرض أو وضعها في أعماق الأرض على أمل القضاء على شبح كوني يستحق الجهد المبذول من جانب علماء مثل ويسل.
وقال ويسل "نحن نستخدم أجهزة الكشف الراديوية لمحاولة بناء تلسكوبات نيوترينو كبيرة جدًا حتى نتمكن من الوصول إلى معدل حدث متوقع منخفض جدًا".
وتطفو أداة مثل ANITA على ارتفاع 25 ميلاً فوق جليد القارة القطبية الجنوبية، بعيداً عن إمكانية وجود إشارات أخرى متداخلة، بحثاً عن ما يسمى "أمطار الجليد".
وأضاف ويسل "نوجه هوائياتنا نحو الجليد ونبحث عن النيوترينوات التي تتفاعل في الجليد، مما ينتج عنه انبعاثات راديوية يمكننا بعد ذلك استشعارها على أجهزة الكشف لدينا".
تنتج هذه الأمطار الجليدية عن نوع خاص من النيوترينوات يُسمى نيوترينوات تاو ، والتي تصطدم بالجليد وتتفاعل لتكوين جسيم فرعي يُسمى ليبتون تاو. يتحلل هذا الجسيم بسرعة إلى "أمطار هوائية" تحتوي على جسيمات أصغر حجمًا.
يكشف التمييز بين زخات الهواء والزخات الجليدية عن خصائص الجسيم المتفاعل الأولي وأصله. يُشبّه ويسل هذه الاستراتيجية باستخدام زاوية كرة مرتدة لتتبع مسارها الأولي.
ومع ذلك، نظرًا لأن زاوية هذه الإشارات المكتشفة حديثًا أكثر حدة مما تسمح به النماذج الحالية للفيزياء، فإن عملية التتبع العكسي غير ممكنة في هذه الحالة.
والأمر الأكثر إرباكاً هو أن أجهزة الكشف الأخرى عن النيوترينو، مثل تجربة مكعب الجليد ومرصد بيير أوجيه، لم تتمكن من اكتشاف أي شيء يمكن أن يفسر هذه الإشارات والأمطار الهوائية المتجهة إلى الأعلى.
لذلك، أعلن باحثو ANITA أن هذه الإشارات "شاذة"، مؤكدين أنها ليست ناتجة عن نيوترينوات. وبالتالي، قد تكون هذه الإشارات مؤشرًا على شيء جديد، وربما حتى لمحة عن المادة المظلمة ، تلك المادة الكونية الغامضة التي تُشكل حوالي 85% من محتوى المادة في الكون.
ربما يتعين علينا انتظار "الشيء الكبير التالي" في اكتشاف النيوترينو، وهو أداة Payload for Ultrahigh Energy Observations (PUEO) الأكبر حجماً والأكثر حساسية، والتي يتم تطويرها حالياً بواسطة جامعة ولاية بنسلفانيا.
أعتقد أن تأثيرًا مثيرًا للاهتمام لانتشار الموجات الراديوية يحدث بالقرب من الجليد، وكذلك بالقرب من الأفق، وهو أمر لا أفهمه تمامًا، لكننا استكشفنا بالتأكيد العديد منها، ولم نتمكن من العثور على أيٍّ منها حتى الآن،" قال ويسل. "لذا، فهو حاليًا أحد تلك الألغاز القديمة، وأنا متحمس لأنه عندما نحلّق بـ PUEO، سنحصل على حساسية أفضل.
من حيث المبدأ، ينبغي أن نرصد المزيد من الشذوذ، وربما نفهم ماهيته بالفعل. قد نرصد أيضًا النيوترينوات، وهو أمرٌ سيكون أكثر إثارةً للاهتمام من بعض النواحي.
نُشر بحث الفريق على الإنترنت في مارس/آذار في مجلة Physical Review Letters .