過去 13 年間に 2 回、宇宙空間からの粒子が地球を通り抜けて南極の大気に到達し、氷冠の上 35 キロメートルにある気球搭載の検出器によって検出された電波のかすかなパルスを引き起こしました。これらの 2 つのイベントは、物理学者の基本的な粒子と力の標準モデルに穴を開け、新しい粒子の存在を示していると、天体物理学者のチームが新しい研究で主張しています。
ペンシルバニア州立大学の観測天体物理学者であるデレク・フォックス氏は、「それで…ええと、皆さん？ @steinly0 [Steinn Sigurdsson]、何人かの同僚、そして私はちょうど標準モデルを破ったと思います」とツイートしました。しかし、カンザス大学ローレンス校の物理学者であり、最初に気球実験で事象を観察したチームのメンバーである Dave Besson は、その共同作業の中で、標準モデル。」
このデータは、2006 年以来 4 回南極の周りを浮遊している NASA の資金提供を受けた実験である南極衝撃過渡アンテナ (ANITA) から得られたものです。これは主に、ニュートリノと呼ばれるとらえどころのない粒子が下の氷に衝突し、その飛沫を引き起こす証拠を探します。粒子はその後、証拠となる電波を放出します。 ANITA はまだそのような信号を検出していません。しかし、この装置は、地球に衝突する際に一般的に宇宙線として知られる、宇宙からの他の種類の粒子によって生成される無線信号を発見しました.
陽子などの宇宙線が大気に当たると、空気シャワーと呼ばれる高エネルギー荷電粒子のなだれが発生します。シャワーの軌道は地球の磁場で曲がり、ヘッドライトのようにシャワーの前方に放射する電波を発生させます。通常、ANITA は、氷で跳ね返って気球まで反射した後、下方に移動するエア シャワーからの電波を観測します。ときどき、水平線から大気中を横方向に移動するエア シャワーから直接来る電波を検出します。
2 つの信号は、重要な点で異なります。電波は、地球の磁場の方向によって決定される方法で偏波されます。しかし、電波が氷に反射すると偏波が反転しますが、横向きのシャワーからの信号は元の偏波を維持します。
しかし、2006 年の最初の飛行と 2014 年の 3 回目の飛行で、ANITA は 2 回、水平線ではなく下の表面から発生する偏波が反転していない奇妙な電波を検出しました。これは、信号が、地球をトンネルした粒子によって引き起こされた上向きズームの空気シャワーによって生成されたことを示唆しています。一見すると、それは標準モデルの問題ではありません。ニュートリノは物質とほとんど相互作用しないため、いくつかの宇宙ニュートリノが惑星を突き抜けてから、氷中の原子核を叩き、上向きの空気シャワーを発生させた可能性があります。
しかし、詳細に調べると、その説明は崩れると Fox と彼の同僚は主張します。シャワーの方向を考えると、シャワーを作った粒子は地球の 5,700 キロメートル以上を移動したに違いないと研究者は見積もっています。しかし、シャワーのサイズが大きいことは、粒子が 0.5 エクサ電子ボルトを超えるエネルギーを持っていたに違いないことを示しています。これは、最も強力な粒子加速器で達成されるエネルギーの 70,000 倍です。そのような極端なエネルギーは、ニュートリノが他の物質と相互作用する可能性を高めるので、そのような高エネルギーのニュートリノがそれほど多くの岩石を通り抜ける可能性はありません.arXivプレプリントサーバーに投稿され、フィジカルレビューD .
この現象は、新しい物理学によってより簡単に説明できると研究者たちは述べています。地球の裏側にある超高エネルギー宇宙線は、陽子の約 500 倍の質量を持つ新しいタイプの粒子を生成し、それが崩壊して上向きの空気シャワーを生成する前に惑星を貫通した可能性がある、と彼らは言う。超対称性と呼ばれる理論的フレームワークは、そのトリックを行う候補を提供します、とフォックスは言います。彼は、この解釈は、南極の氷に沈められた粒子検出器の巨大な配列である IceCube からもある程度の支持を得ていると付け加えた.
ANITAチーム自体が2つの奇妙な出来事に気づき、以前の論文でそれらを説明しましたが、ベッソンは結論を急ぐことに対して警告しています.全体の分析は、2 つの信号の反転していない偏光が、それらが地球を通り抜けてくる粒子から来ていることを証明していると仮定しています。 「それはスラムダンクではありません」とベッソンは言います。表面効果やその他の要因によって、下向きの粒子シャワーからの信号の分極が逆転する可能性があると彼は言います。 「私の個人的な見解は、完全に二極化の議論に依存しているこれらの出来事を作りすぎているということです。」
フォックス氏の目標は、ANITA の結果が新しい物理学を示している可能性をコミュニティに真剣に受け止めてもらうことだと言います。彼は、新しい粒子の発見を主張しているわけではないことを強調しています。しかし彼は、素粒子物理学者が明確な発見を主張するために必要とする統計的信頼度のレベルで、データが事象の標準的なモデルの説明を除外しているという論文の主張に固執しています.
アニータの運命もこの議論にかかっているのかもしれません。 NASA はまだ 5 回目の飛行に資金を提供していないと Besson は言います。もしそうなら、飛行はおそらくそのような奇妙な出来事に焦点を当てるでしょう.
彼の刺激的なツイートに関して、フォックスは、それが一般の人々や科学報道によって誇張されることを心配していないと言います. 「私たちはTwitterで話したり楽しんだりしています。」
