研究人員到目前為止依然給不出任何合理解釋。

一臺(tái)宇宙粒子探測器近日在南極上空探測到一個(gè)無法解釋的奇特信號(hào)。這個(gè)信號(hào)可能表明宇宙中存在著某種新粒子，亦或是在粒子之間存在某種未知的相互作用。

這個(gè)神秘的電波脈沖是在距離南極冰層上空大約4萬米的高空中被捕獲的——但信號(hào)并非來自天空，而是來自腳下。捕獲這個(gè)信號(hào)的，是南極瞬態(tài)脈沖天線——ANITA。ANITA是一組由氣球搭載懸浮在南極上空的探測裝置，能夠探知超高能中微子等宇宙射線。

ANITA捕捉到的信號(hào)通常經(jīng)由南極冰層反射，但是這次不一樣——這個(gè)信號(hào)來自地平線下方，且其入射角度，無法用當(dāng)前的粒子物理學(xué)進(jìn)行解釋。

信號(hào)來自南極冰層下方大約30度的方向。這意味著，該信號(hào)在被捕捉前，穿越了大量的地球巖層。通常這會(huì)導(dǎo)致電波脈沖急劇衰減，以至于最終根本無法被探測到。然而這竟然沒有發(fā)生。

在捕捉到這個(gè)信號(hào)后，研究人員最初以為產(chǎn)生這個(gè)信號(hào)的可能是中微子。

畢竟ANITA的設(shè)計(jì)初衷就是為了探測中微子。中微子被稱為“幽靈粒子”——這不僅是因?yàn)樗粠щ姡矌缀鯖]有質(zhì)量，更因它能以一種近乎奇特的方式暢通無阻地穿越幾乎所有物質(zhì)。事實(shí)上，每一瞬間都會(huì)有數(shù)十億的中微子穿越我們的指尖，但我們毫無察覺。

中微子通常源自高能天文事件。它能以近光速在宇宙中穿行，能夠穿越整個(gè)宇宙而保持不變——因此它能夠原原本本地告訴科學(xué)家，在它出發(fā)的地方發(fā)生了什么。

中微子探測有其無與倫比的優(yōu)勢——例如我們有機(jī)會(huì)捕捉到一個(gè)來自可觀測宇宙邊緣的中微子——但是同時(shí)也會(huì)因其能夠穿越幾乎一切的特性，而使這種探測變得極為困難。幸運(yùn)的是即使我們只捕捉到一個(gè)穿越地球的中微子，也會(huì)從中獲得不可估量的信息。

因此人們設(shè)計(jì)了種種精巧的儀器，將它們安裝在人跡罕至的地方，或深深埋入地下，以求捕捉到一個(gè)這樣的幽靈。ANITA就是其中之一。它被懸掛在探空氣球上，飄浮在大約4萬米的南極高空中，目的是為了盡可能地避開干擾。

ANITA要追蹤的，是一種被稱為“冰簇射（ice showers）”的現(xiàn)象。它的天線指向的并不是天空，而是腳下的冰層。穿越了地球的中微子一旦與冰層發(fā)生相互作用，就會(huì)產(chǎn)生特殊的電波脈沖，被ANITA的傳感器捕捉到。

誘發(fā)“冰簇射”的，是中微子的一種——專業(yè)的叫法是“味（flavor）”——τ（陶）中微子。τ中微子與冰層相撞后會(huì)產(chǎn)生次級(jí)粒子——τ輕子。τ輕子隨即又會(huì)急速衰變，產(chǎn)生更小的粒子。這一過程被稱為“空氣簇射（air shower）”。辨識(shí)“空氣簇射”和“冰簇射”，就能了解最初作用粒子的特性，以及這些粒子來自何方。

然而研究人員發(fā)現(xiàn)，新探測到的信號(hào)其入射角度小于當(dāng)前物理學(xué)模型所允許的最小值，這導(dǎo)致人們無法回溯其產(chǎn)生的整個(gè)過程。

令人更感不可思議的是，同在南極的其他中微子天文臺(tái)，如冰立方（IceCube）和皮埃爾·奧熱（Pierre Auger）中微子天文臺(tái)，沒有任何可以解釋這一信號(hào)的發(fā)現(xiàn)。

研究人員因此認(rèn)為這是一個(gè)“異常”信號(hào)，并非由中微子產(chǎn)生。這個(gè)信號(hào)可能是由某種未知現(xiàn)象產(chǎn)生的，其源頭不明，或許就是“暗物質(zhì)”？

可以肯定的是，在靠近冰層和地平線的地方，發(fā)生了某種物理學(xué)家不能完全理解的電波傳播效應(yīng)。但是在分析了幾種可能性后，研究人員到目前為止沒有任何發(fā)現(xiàn)。

ANITA探測裝置由氣球攜帶升空，能夠在南極上空捕捉各種信號(hào)。

Stephanie Wissel / Penn State

參考 Search for the Anomalous Events Detected by ANITA Using the Pierre Auger Observatory https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.121003