Rätselhafte Radiosignale über der Antarktis: Hinweise auf neue Teilchen?

LONDON (IT BOLTWISE) – Eine Serie mysteriöser Radiosignale, die hoch über der Antarktis entdeckt wurden, gibt Wissenschaftlern Rätsel auf. Diese Signale könnten auf die Existenz neuer, bisher unbekannter Teilchen hinweisen.

Eine kosmische Teilchendetektor-Anlage hat eine Reihe seltsamer Radiosignale aus dem Eis der Antarktis aufgefangen, die derzeit keine Erklärung finden. Diese Ergebnisse könnten auf die Existenz neuer Teilchen oder unbekannte Wechselwirkungen zwischen Teilchen hinweisen, so die Wissenschaftler. Die mysteriösen Radiopulse wurden etwa 40 Kilometer über der Erde vom Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA)-Experiment aufgezeichnet. ANITA ist eine Reihe von Instrumenten, die über der Antarktis schweben und von Ballons getragen werden, um ultra-hochenergetische kosmische Neutrinos und andere kosmische Strahlen zu detektieren, die die Erde aus dem Weltraum bombardieren.

Normalerweise nimmt ANITA Signale auf, wenn sie vom Eis der Antarktis reflektiert werden, aber diese Pulse waren anders. Sie kamen von unterhalb des Horizonts in einer Ausrichtung, die derzeit von der Teilchenphysik nicht erklärt werden kann. “Es ist ein interessantes Problem, weil wir immer noch keine Erklärung für diese Anomalien haben”, sagte ANITA-Teammitglied und Forscherin an der Penn State University, Stephanie Wissel, in einer Erklärung. “Was wir wissen, ist, dass sie höchstwahrscheinlich keine Neutrinos darstellen.”

Die von ANITA detektierten Radiowellen waren in sehr steilen Winkeln orientiert, 30 Grad unter der Eisoberfläche. Das bedeutet, dass das Signal Tausende von Kilometern durch Gestein passieren musste, bevor es ANITA erreichte. Dies hätte zu Wechselwirkungen führen sollen, die die Radiopulse zu schwach gemacht hätten, um detektiert zu werden, aber das war hier offensichtlich nicht der Fall.

Der sofort offensichtliche Verdächtige für dieses Signal sind Neutrinos. Schließlich ist es das Signatur dieser Teilchen, die ANITA zu erfassen versucht. Neutrinos sind inoffiziell als “Geisterteilchen” bekannt, da sie keine Ladung tragen und praktisch masselos sind. Daher können Neutrinos, die auch die häufigsten Teilchen im Universum sind, mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Kosmos strömen, nachdem sie von mächtigen kosmischen Ereignissen gestartet wurden, und dabei kaum mit Materie interagieren.

Das bedeutet, dass sie unverändert bleiben, nachdem sie viele Lichtjahre durchquert haben, was sie zu unglaublichen “Boten” macht, die Wissenschaftlern über die Ereignisse, die sie gestartet haben, lehren können. Diese geisterhafte Natur macht Neutrinos jedoch auch unglaublich schwer zu detektieren. “Sie haben zu jedem Zeitpunkt eine Milliarde Neutrinos, die durch Ihren Daumennagel gehen, aber Neutrinos interagieren nicht wirklich”, sagte Wissel. “Das ist das zweischneidige Schwert-Problem. Wenn wir sie detektieren, bedeutet das, dass sie den ganzen Weg gereist sind, ohne mit etwas anderem zu interagieren. Wir könnten ein Neutrino detektieren, das vom Rand des beobachtbaren Universums kommt.”

Glücklicherweise kann selbst das Auffangen eines einzigen Neutrinos, das durch die Erde geht, eine Fülle von Informationen offenbaren. Daher ist es für Wissenschaftler wie Wissel den Aufwand wert, ausgeklügelte Experimente zu entwerfen und sie in abgelegene Regionen der Erde zu bringen oder tief unter der Erde zu platzieren, in der Hoffnung, einen kosmischen Geist zu fangen. “Wir verwenden Radiodetektoren, um wirklich, wirklich große Neutrinoteleskope zu bauen, damit wir eine ziemlich niedrige erwartete Ereignisrate verfolgen können”, sagte Wissel.

Ein solches Instrument, ANITA, schwebt 40 Kilometer über dem Eis der Antarktis, fern von der Möglichkeit anderer störender Signale, auf der Jagd nach sogenannten “Eisduschen”. “Wir richten unsere Antennen auf das Eis und suchen nach Neutrinos, die im Eis interagieren und Radioemissionen erzeugen, die wir dann auf unseren Detektoren wahrnehmen können”, fuhr Wissel fort.

Diese Eisduschen werden durch eine bestimmte “Geschmacksrichtung” von Neutrinos verursacht, die als Tau-Neutrinos bekannt sind, die das Eis treffen und mit ihm interagieren, um ein Tochterteilchen namens Tau-Lepton zu erzeugen. Dieses zerfällt schnell in eine “Luftdusche”, die noch kleinere konstituierende Teilchen enthält. Das Unterscheiden zwischen Luftduschen und Eisduschen offenbart die Eigenschaften des anfänglich interagierenden Teilchens und die Herkunft dieses Teilchens. Wissel vergleicht die Strategie mit der Verwendung des Winkels eines zurückprallenden Balls, um ihn auf seinen ursprünglichen Weg zurückzuverfolgen.

Da der Winkel dieser neu detektierten Signale jedoch schärfer ist, als es die aktuellen Modelle der Physik erlauben, ist der Rückverfolgungsprozess in diesem Fall nicht möglich. Noch verwirrender ist, dass andere Neutrinodetektoren wie das IceCube-Experiment und das Pierre Auger Observatorium nichts detektierten, das diese Signale und die aufwärts gerichtete Luftdusche erklären könnte. Daher haben die ANITA-Forscher die Signale als “anomal” erklärt und festgestellt, dass sie nicht das Ergebnis von Neutrinos waren. Die Signale könnten daher auf etwas Neues hinweisen, vielleicht sogar auf einen Hinweis auf Dunkle Materie, das mysteriöse kosmische “Zeug”, das etwa 85% des Materiegehalts des Universums ausmacht.

Weitere Antworten müssen möglicherweise auf das “nächste große Ding” in der Neutrinodetektion warten, das größere und empfindlichere Instrument Payload for Ultrahigh Energy Observations (PUEO), das derzeit von der Penn State entwickelt wird. “Mein Verdacht ist, dass ein interessanter Radioausbreitungseffekt in der Nähe von Eis und auch in der Nähe des Horizonts auftritt, den ich nicht vollständig verstehe, aber wir haben sicherlich mehrere davon untersucht und konnten bisher keinen davon finden”, sagte Wissel. “Im Moment ist es eines dieser langjährigen Rätsel, und ich bin gespannt, dass wir, wenn wir PUEO fliegen, eine bessere Empfindlichkeit haben werden.”

Im Prinzip sollten wir mehr Anomalien aufnehmen, und vielleicht werden wir tatsächlich verstehen, was sie sind. Wir könnten auch Neutrinos detektieren, was in gewisser Weise viel aufregender wäre.” Die Forschung des Teams wurde im März online in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

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