中微子|南极洲的神秘信号，来源于何？新型中微子或能解谜
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物理学家们观测到两种不同寻常的无线电信号 ， 它们由悬挂在巨大气球上的南极脉冲瞬变天线（ANITA ， 下文称为安妮塔）探测器发出 ， 但科学家们一直对此摸不着头脑 。 安妮塔发现的大多数信号都是由宇宙射线穿过大气层产生 ， 而这两种异常信号似乎是在粒子穿过地壳向上移动过程中形成的 。 这些粒子可能是中微子 ， 但它们的性质与粒子物理学的标准模型不一致 。
图解：南极脉冲瞬变天线探测器准备起飞 (安妮塔合作组)
安妮塔在美国带领下合作开发 ， 由美国宇航局资助 ， 它将96个无线电天线悬挂在一个作为实验平台的氦气球上 。 在近40公里的高空连续飞行数周后 ， 安妮塔探测到从位于南极洲的一个130万平方公里狭长地带发射的无线电波 。 它的主要目的是收集宇宙中微子从太空深处发出的信号从而尝试追溯超高能量宇宙射线的起源 ， 这种射线被认为与宇宙中微子产生于同一地方 。
【中微子|南极洲的神秘信号，来源于何？新型中微子或能解谜】这些有趣的中微子穿过地球并与南极冰原中的原子核相互作用 ， 产生带电粒子簇然后释放出无线电波 。 安妮塔还可以在宇宙射线下行与大气碰撞时接收到信号 。 这一过程中产生的无线电波会从冰面上反弹回来进入安妮塔的天线中 。
图解：NASA南极监测器 图源：百度
位移指示器偏振
这两种信号可以通过测量无线电波偏振来区分 ， 宇宙射线信号为水平偏振而中微子信号为垂直偏振 。 此外 ， 天文台还分离出了一小部分空气簇射 ， 这些空气簇射的无线电辐射不会从冰面上反弹而是以一个非常小的几乎与地面平行的角度直接飞向冰面 。 由于这些波不被反射因此不会出现相位倒置 ， 这意味着它们的相位与跳跃变化相比相差180 。
科学家们在安妮塔2006- 2007年的首次飞行数据中发现了一个不寻常的结果 。 数据显示了一个水平偏振并且从任意目的角度来看都像是宇宙射线信号 。 它也没有发生相位倒置 ， 这表明原始粒子可能是水平运动的 ， 然而这一信号到达的角度要陡峭的多并且远低于地平线水平 。
为了解释这一现象 ， 夏威夷大学的彼得·戈汉姆和安妮塔合作组的同事们假设这个信号不是由中微子产生的空气簇射形成的 ， 而是由中微子相互作用的产物产生的空气簇射形成的 ， 这些产物可能是轻子 。 他们认为中微子会在冰内或冰下相互作用产生一个轻子 ， 轻子会沿着中微子的轨道继续运动 ， 但只有在它离开冰层后才会衰变 。 由此产生的无线电波便成为水平偏振的 。
图解：NASA南极监测站 图源：新浪
但这个想法是存疑的 ， 因为与能量较低的中微子不同 ， 负责发出信号的高能中微子在穿过地球几百公里后会发生相互作用(在更高的能量下中微子相互作用的横截面会变得更大) 。 然而 ， 研究人员计算出中微子的运行轨道一定穿过了约7000公里的固体物质 ， 同时他们认为这种几率只有10万分之一 。
人类活动
戈勒姆认为这次事件可能是由人类活动引起的 ， 但是当他和同事们观察安妮塔在2014- 2015年第三次飞行的数据时 ， 他们发现了一个类似的信号 。 研究人员计算出这两件事构成了一种证据来解释这些异常现象 。 他说 ， 仍然有可能是两个没有关联的人造成了这些 ， 他们在离各自南极基地很远的地方发射了单一的无线电脉冲 。 但这在现阶段来说不太可能 。
图源：百度
英国利兹大学的艾伦·沃森也认为这些信号不是人为的 。 但另一方面来说 ， 这些中微子的发现是合理的 ， 也补充道 ， 他惊讶于南极的冰立方探测器和阿根廷的皮埃尔奥杰天文台都没有看到类似的事件 。
加州大学洛杉矶分校的亚历山大·库先科认为有可能这些信号被冰反射了但没有发生相位反转 ， 也许是因为它们在地表下被密度较低的地层反射 。 与此同时 ， 芝加哥大学的帕维尔·默特罗克认为关于中微子相互作用截面计算出了错 ， “计算结果在比安妮塔探测器小得多的能量下得到了实验验证 ， 而外推法通常不那么可信 。 ”
宇宙开关
戈勒姆的团队找到了另一种可能性 ， 在时空的适当位置开启一个非常强大的宇宙中微子源 ， 以提供克服地球制动能力所需的流量 。 他和同事们通过搜索天体物理目录发现了第二个事件的可能来源于2014年观测到的一个超新星 ， 但没有发现符合第一个事件的天体 。
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