Model fizik zarah terbaik kami meletup pada lipit kerana ia berjuang untuk menampung semua sifat aneh di alam semesta. Sekarang, nampaknya lebih cenderung berbanding sebelum ini bahawa ia mungkin muncul, terima kasih kepada beberapa peristiwa aneh di Antartika ...
Kematian paradigma fizik yang memerintah ini, Model Standard, telah diramalkan selama beberapa dekad. Terdapat petunjuk tentang masalahnya dalam fizik yang kita ada. Keputusan yang aneh dari eksperimen makmal menunjukkan penipisan spesies neutrino baru yang hantu melampaui tiga yang dijelaskan dalam Model Standard. Dan alam semesta seolah-olah penuh dengan masalah gelap yang tidak dapat dijelaskan dalam Model Standard.
Tetapi bukti yang mengujakan baru-baru ini mungkin satu hari mengikat helai data yang samar-samar ini: Tiga kali sejak 2016, zarah-zarah tenaga ultra tinggi telah meletup melalui ais Antartika, mengetatkan pengesan dalam eksperimen Antenna Transient Antenna (ANITA), sebuah Mesin yang menggantung dari belon NASA jauh di atas permukaan beku.
Seperti yang dilaporkan Live Science pada tahun 2018, peristiwa-peristiwa itu - bersama-sama dengan beberapa zarah tambahan yang dikesan kemudian di LaCube observator neutrino yang dikuburkan Antarctic - tidak sepadan dengan perilaku yang diharapkan dari mana-mana zarah Model Standard. Zarah-zarah itu kelihatan seperti neutrinos ultra tinggi tenaga. Tetapi neutrinos ultra tinggi tenaga tidak boleh melewati Bumi. Itu menunjukkan bahawa beberapa jenis zarah lain - yang tidak pernah dilihat sebelum ini - melayang ke langit selatan yang sejuk.
Kini, dalam sebuah kertas baru, satu pasukan ahli fizik yang bekerja di IceCube telah membuang keraguan pada salah satu penjelasan Model Standard yang tersisa untuk zarah-zarah ini: pemecut kosmik, senjata neutrino raksasa bersembunyi di angkasa yang secara berkala akan menembak peluru neutrino yang kuat di Bumi. Sekumpulan senapang neutrino hiperaktif di suatu tempat di langit utara mungkin dapat menjatuhkan neutrino yang cukup ke Bumi sehingga kita dapat mengesan partikel menembak keluar dari hujung selatan planet kita. Tetapi penyelidik IceCube tidak menemui apa-apa bukti koleksi itu di luar sana, yang mencadangkan fizik baru mesti diperlukan untuk menjelaskan zarah-zarah misterius itu.
Untuk memahami mengapa, penting untuk mengetahui mengapa zarah-zarah misteri ini begitu menggelikan untuk Model Standard.
Neutrinos adalah zarah-zarah paling peka yang kita ketahui; mereka sukar untuk dikesan dan hampir tidak beramai-ramai. Mereka melintasi planet kita sepanjang masa - kebanyakannya berasal dari matahari dan jarang, jika pernah, bertabrakan dengan proton, neutron dan elektron yang membentuk badan kita dan kotoran di bawah kaki kita.
Tetapi neutrinos tenaga ultra tinggi dari ruang dalam adalah berbeza daripada sepupu tenaga rendah mereka. Lebih jarang daripada neutrinos tenaga rendah, mereka mempunyai "bahagian salib yang lebih luas," yang bermaksud mereka lebih cenderung bertabrakan dengan zarah lain ketika mereka melewati mereka. Kemungkinan neutrino ultra-tinggi tenaga menjadikannya sepanjang jalan melalui Bumi utuh sangat rendah sehingga anda tidak akan mengharapkan untuk mengesan ia berlaku. Itulah sebabnya pengesanan ANITA sangat mengejutkan: Ia seolah-olah instrumen telah memenangi loteri dua kali, dan kemudian IceCube telah memenanginya beberapa kali sebaik sahaja ia mula membeli tiket.
Dan fizik tahu berapa banyak tiket loteri yang mereka perlu bekerjasama. Banyak neutrinos kosmik tenaga tinggi yang datang dari interaksi sinaran kosmik dengan latar belakang mikrob kosmik (CMB), selepas pengsan Big Bang. Setiap sekali-sekala, sinar-sinar kosmik ini berinteraksi dengan CMB hanya dengan cara yang betul untuk menembak zarah-zarah tenaga tinggi di Bumi. Ini dipanggil "fluks," dan ia adalah sama di seluruh langit. Kedua-dua ANITA dan IceCube telah mengukur apa yang kelihatan neutrino kosmik kosmetik kepada masing-masing sensornya, dan ia tidak menghasilkan neutrinos tenaga yang cukup tinggi yang anda jangkakan untuk mengesan neutrino terbang keluar dari Bumi pada kedua-dua pengesan walaupun sekali .
"Sekiranya peristiwa yang dikesan oleh ANITA tergolong dalam komponen neutrino ini, ANITA sepatutnya mengukur banyak peristiwa lain di sudut ketinggian yang lain," kata Anastasia Barbano, ahli fizik University of Geneva yang bekerja di IceCube.
Tetapi secara teori, mungkin terdapat sumber neutrino tenaga tinggi di luar fluks di seluruh langit, Barbano memberitahu Live Science: senjata neutrino, atau akselerator kosmik.
"Sekiranya bukan neutrino yang dihasilkan oleh interaksi sinar kosmik tenaga tinggi dengan CMB, maka peristiwa yang diamati boleh menjadi neutrinos yang dihasilkan oleh pemecut kosmik individu dalam selang waktu tertentu" atau sumber bumi yang tidak diketahui, Barbano berkata.
Blazars, nukleus galaksi aktif, pecahan sinar gamma, galaksi starburst, penggabungan galaksi, dan bintang neutron yang berputar dan berkuasa adalah semua calon yang baik untuk jenis pemecut, katanya. Dan kita tahu bahawa akselerator kosmik kosmik ada di angkasa; pada tahun 2018, IceCube mengesan neutrino tenaga tinggi kembali ke blazar, jet zarah sengit yang datang dari lubang hitam yang aktif di pusat galaksi jauh.
ANITA hanya mengambil neutrinos tenaga yang paling melampau, kata Barbano, dan jika zarah-zarah menaik adalah neutrinos yang memacu pemecut kosmik dari Model Standard - paling mungkin tau neutrinos - maka rasuk itu harus datang dengan pancuran yang lebih rendah zarah-zarah yang akan melelehkan pengesan tenaga rendah IceCube.
"Kami mencari peristiwa dalam tujuh tahun data IceCube," kata Barbano - peristiwa yang sepadan dengan sudut dan panjang pengesanan ANITA, yang anda harapkan untuk mencari jika ada bateri neutrino kosmik yang penting di luar sana menembak di Bumi untuk menghasilkan zarah-zarah yang berterusan. Tetapi tiada yang hadir.
Hasilnya tidak sepenuhnya menghilangkan kemungkinan sumber pemecut di luar sana. Tetapi mereka "sangat menghalang" pelbagai kemungkinan, menghapuskan semua senario yang paling munasabah yang melibatkan pemecut kosmik dan banyak yang kurang munasabah.
"Mesej yang kami ingin sampaikan kepada orang ramai adalah penjelasan astrophysical Model Standard tidak berfungsi tidak kira bagaimana anda memotongnya," kata Barbano.
Penyelidik tidak tahu apa yang akan datang. Tiada ANITA atau IceCube adalah pengesan yang sesuai untuk carian susulan yang diperlukan, kata Barbano, meninggalkan para penyelidik dengan sedikit data yang mana berdasarkan kepada andaian tentang zarah-zarah misteri ini. Ia agak seperti cuba memikirkan gambar pada teka-teki jigsaw gergasi dari segelintir keping.
Sekarang, banyak kemungkinan seolah-olah sesuai dengan data terhad, termasuk spesies keempat "steril" neutrino di luar Model Standard dan pelbagai jenis perkara gelap. Mana-mana penjelasan ini akan menjadi revolusioner.hjh Tetapi tidak ada yang sangat disukai lagi.
"Kita perlu menunggu generasi pengesan neutrino," kata Barbano.
