Mokslininkai negali paaiškinti: neįprastas reiškinys Antarktidoje

Fizikams užfiksavus aukštos energijos daleles, atkeliavusias iš tokis kosmoso vietos, kur jas aptikti mažai tikėtina, mokslininkai iš karto ėmėsi ieškoti paaiškinimo. Anot ekspertų, tai turėjo būti kažkoks galingas šaltinis – mat tik tai būtų paaiškinęs tokį neįprastą reiškinį.

Tačiau ilgas ir detalus „vaiduokliškų“ neutrinų analizavimas beveik jokių naudingų rezultatų nedavė – o tai mokslininkams (ir fizikos entuziastams) leidžia ieškoti kiek egzotiškesnių paaiškinimų iš kur šios dalelės atsirado.

Antarktidoje esanti „IceCube“ observatorija per septynerius metus sukaupė daugybę duomenų apie neutrinus – tačiau didelė mokslininkų komanda (ir kartu su ekspertais iš viso pasaulio) galiausiai turėjo pripažinti, kad jie negali paaiškinti, iš kur ir kaip iki Žemės atkeliavo tokios neįprastos dalelės.

„Antartic Impulsive Transient Antenna“ (ANITA)

Kodėl toks atradimas stebina?

Neutrinai yra į elektronus panašios dalelės, kurios atitinka Standartinį modelį – tai teorija, kuria aprašomos stipriosios, silpnosios ir elektromagnetinės sąveikos bei fundamentaliosios dalelės, iš kurių yra sudaryta materija. Iki šiol kiekvienas atliktas eksperimentas patvirtino, kad Standartinis modelis yra teisingas. Tiesa, skirtingai nuo elektronų, neutrinai turi itin nedidelę masę ir visiškai neturi krūvio.

Toks jų neutralumas reiškia, kad jie labai lengvai prasiskverbia pro įvairias medžiagas nesusidurdami su kitomis dalelėmis. Mokslininkai sako, kad giliai Saulės viduje vykstantis atominis skilimas kiekvieną sekundę link mūsų planetos paleidžia milžiniškus neutrinų srautus – bet tik nedidelė dalis jų pakankamai prisiartinta prie atomų, kad įvyktų reakcija.

Mokslininkai, norėdami užfiksuoti neutrino susidūrimą su užšalusio vandens molekule, naudoja „IceCube“ observatoriją. Ją sudaro ne tik paviršiuje esanti laboratorija ir įvairūs prietaisai, bet ir tūkstančiai po Antarktidos ledu paliktų jutiklių.

Kai neutrinas susiduria su užšalusio vandens molekule, gali kilti reakcija, kurios metu atsiranda krūvį turinti leptonas – tai elektronai, miuonai arba taonai. Šios dalelės, jei tik turi pakankamai energijos, gali pradėti skleisti Čerenkovo spinduliuotę – tai elektromagnetinė spinduliuotė, atsirandanti tuo metu, kai krūvį turinčios dalelės pereina izoliatorių už šviesą didesniu greičiu.

Tada spinduliuotės šviesą užfiksuoja po ledu esantys „IceCube“ fotodaugintuvo vamzdeliai, kuriais galiausiai informacija perduodama į paviršiuje esančią laboratoriją. Čia mokslininkai visą informaciją gali išanalizuoti detaliau.

Jau beveik dešimtmetį observatorija fiksuoja šimtus tokių blyksnių per dieną, o tai per tam tikrą laiką sukūrė gana didelę duomenų bazę su galybe informacijos apie į Žemę patenkančių neutrinų kilmę ir energiją.

Dar vienas prietaisas

Tačiau ne tik „IceCube“ observatorija padeda mokslininkams aptikti neutrinus. Maždaug 40 km aukštyje virš Antarktidos praskrenda speciali NASA antena, pritvirtinta prie helio baliono ir pavadinta „Antartic Impulsive Transient Antenna“ (ANITA) – kuri ir užfiksavo itin aukštos energijos neutrinus, susiduriančius su atomais atmosferoje. 2 nuotr.Maždaug 40 km aukštyje virš Antarktidos praskrenda speciali NASA antena, pritvirtinta prie helio baliono ir pavadinta „Antartic Impulsive Transient Antenna“ (ANITA).  

ANITA vis dar yra palyginus naujas projektas, tačiau per kelis pirmus savo skrydžius ši antena jau aptiko neįprastų neutrinų pėdsakus. Įdomu ir tai, kad mokslininkai nustatė, jog du ANITA užfiksuoti neutrinų signalai atkeliauja ne iš tuščio dangaus viršuje, bet iš planetos vidaus.

Jei tai būtų iš Saulės atkeliavę neutrinai – tada toks reiškinys nebūtų keistas. Tačiau turėdami tiek daug energijos, šie neutrinai ima reaguoti su atomais daug didesniu tempu, nei įprasta.

„Ne veltui sakoma, kad neutrinai yra „nepagaunamos“ arba „vaiduokliškos dalelės“ – jos geba prasiskverbti pro medžiagas nesusidurdami su jokia kita dalele. Bet turėdami tiek energijos, jie daug labiau sąveikauja su įvairiomis dalelėmis Žemėje“,– sako Viskonsino (JAV) universiteto astrofizikas Alexas Pizzuto.

Mokslininkai tokios aukštos energijos dalelėmių kilmę paaiškinti nori kuo greičiau. Neatmetama galimybė, kad tai gali būti kokio nors reto reiškinio rezultatas – tačiau taip pat teigiama, kad šios dalelės Žemę galėjo pasiekti tik tokiu atveju, jei link mūsų planetos buvo paleistos masiškai.

Šiuo metu jau yra žinoma, kad aukštos energijos neutrinai dažniausiai atsiranda tada, kai ima sąveikauti kosminiai spinduliai ir atomo branduoliai, dar prieš magnetiniam laukui juos išstumiant į kosmosą.

Dėl šios priežasties mokslininkai ėmė skaičiuoti, kiek tokių neutrinų turėjo pasiekti Žemę, kad ANITA sugebėtų juos užfiksuoti. Galiausiai mokslininkai ėmė analizuoti ir „IceCube“ duomenis – kad atsektų įvykius, galėjusius sukelti tokią neutrinų gausą.

„Tokių procesų analizei „IceCube“ yra puikus įrankis. Juo galime tęsti ANITA atlikus stebėjimus ir juos analizuoti. Kiekvienai anomalijai, kurią užfiksuoja ANITA, „IceCube“ turi daugiau duomenų ir ši observatorija užfiksuoja daugiau panašių anomalijų. Keisčiausia tai, kad šių aukštos energijos neutrinų atveju taip nebuvo“, – teigia Ženevos universiteto fizikė Anastasia Barbano.

„Antartic Impulsive Transient Antenna“ (ANITA)

Kas toliau?

Pirmiausia reikia nepamiršti, kad net ir daugiau lėšų turintys profesionalūs eksperimentai nėra apsaugoti nuo klaidų. Štai mažiau nei prieš dešimtmetį kilo didelis sujudimas, nes mokslininkai manė užfiksavę neutrinus, keliaujančius greičiau už šviesą. Galiausiai paaiškėjo, kad tai buvo paprasčiausia klaida.

Žinoma, jei bus patvirtinta, kad jokių klaidų stebėjimuose nebuvo, tada tokių dalelių analizė galėtų nuvesti už nusistovėjusios fizikos ribų.

„Mūsų analizėje buvo atmestas vienintelis  iš Standartinio modelio likęs šios anomalijos paaiškinimas. Tai reiškia, kad jei šie įvykiai tikrai yra realūs, jie galėtų mus nukreipti į fiziką, slypinčią už Standartinio modelio ribų“, – sako A.Pizzuto.

Vienas iš paaiškinimų galėtų būti tas, kad kažkoks reiškinys aukštos energijos neutrinus pumpuoja tokiu tempu, kuris yra per trumpas, kad užfiksuotume tai su dabartinėmis technologijomis. Taip pat galima kalbėti apie tamsiąją materiją bei daleles, kurios elgiasi kaip aukštos energijos neutrinai – bet atsiranda kitokiais būdais.

Klausimų ne tik fizikos entuziastams, bet ir mokslininkams čia kyla daug – ir galima teigti, kad tik dabar prasideda tikrasis neutrinų paslapčių gvildenimas. Kadangi apie šias daleles dar turime išmokti labai daug, mokslininkai tikisi, kad ateityje jos padės mums įminti daugybę kosmoso paslapčių ir nuves naujais fizikos keliais. O tuo tarpu „IceCube“ ir ANITA ir toliau bandys fiksuoti šias keistas detales – o analizuodami jų sukauptą informaciją mokslininkai  bandys nustatyti, iš kur šios dalelės kilo. Apibendrinti tyrimo rezultatai greitu metu turėtų būti išpublikuoti „The Astrophysical Journal“ leidinyje, o iki tol daugiau apie tyrimą galima sužinoti čia.

Parengta pagal „Science Alert“. Publikuoja lrytas.lt