Зафиксирован радиоимпульс из-под льдов в Антарктиде. Есть одна проблема: его не должно существовать

Научный эксперимент уловил нечто, чего, согласно нашим знаниям о Вселенной, просто не должно существовать.

Антарктида — это не просто самый холодный континент. Для современной физики это гигантская, почти идеальная лаборатория. Её ледяной щит, простирающийся на миллионы квадратных километров, и относительная «радио-тишина» создают уникальные условия для прослушивания космоса. Именно здесь, в этой ледяной пустыне, учёные развернули один из самых амбициозных экспериментов — ANITA. И этот эксперимент уловил нечто, чего, согласно нашим знаниям о Вселенной, просто не должно существовать.

Сигнал, пришедший не с небес, а будто бы из самых недр Земли, поставил в тупик международную команду исследователей. 

Это не просто очередная аномалия, а событие, которое мягко, но настойчиво стучится в двери Стандартной модели — общепринятой теории, описывающей фундаментальные частицы и их взаимодействия.

Почему Антарктида? И что такое ANITA?

Чтобы понять суть загадки, нужно сначала разобраться в инструментах. Проект ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna) — это, по сути, гигантское «ухо», подвешенное на огромном стратосферном аэростате на высоте 40 километров. Его антенны направлены не вверх, к звёздам, а вниз, на ледяную поверхность.

Зачем? Учёные охотятся на призраков. А точнее — на нейтрино, одни из самых неуловимых частиц во Вселенной. Эти «частицы-призраки» почти не имеют массы, лишены электрического заряда и крайне слабо взаимодействуют с веществом. Каждую секунду сквозь ваше тело пролетают триллионы нейтрино, рождённых в недрах Солнца, и вы этого даже не замечаете.

Именно это свойство делает их бесценными космическими посланниками. В отличие от света, который может быть поглощён или искажён космической пылью, нейтрино способны преодолевать миллиарды световых лет, неся в себе чистую информацию о катаклизмах, их породивших — будь то взрыв сверхновой или столкновение чёрных дыр.

ANITA слушает «эхо» их прибытия. Когда высокоэнергетический нейтрино врезается в атом льда, происходит каскад реакций, порождающий короткую, но мощную радиовспышку. Поймав эту вспышку, учёные могут рассчитать энергию и направление исходной частицы.

Аномалия: сигнал, которого не должно быть

Всё шло по плану, пока ANITA не зафиксировала нечто из ряда вон выходящее. 

Детектор уловил два события, которые выглядели как радиовспышки от частиц, но двигались они не сверху вниз, а под очень крутым углом… из-под земли.

«Радиоволны, которые мы зафиксировали, шли под очень крутым углом — около 30 градусов ниже поверхности льда», — объясняет Стефани Уиссел, физик из Университета штата Пенсильвания и участница проекта.

Это и есть корень проблемы. 

Для стандартного нейтрино такой путь — это смертный приговор. Земля, с её плотной мантией и ядром, является для высокоэнергетических частиц непреодолимым барьером. Вероятность того, что нейтрино с такой энергией прошьёт планету насквозь и вызовет ливень частиц точно под детекторами ANITA, ничтожно мала — примерно один шанс на миллион. Увидеть два таких события — это уже за гранью статистической погрешности. Это аномалия.

Как выразилась сама Уиссел: «Мы точно знаем, что они, скорее всего, не являются нейтрино».

Круг подозреваемых: что это, если не нейтрино?

Когда учёные сталкиваются с невозможным, они начинают методично исключать все возможные объяснения, от самых скучных до самых экзотических.

Ошибка прибора или помехи? Исключено. Сигналы были чёткими. Кроме того, команда проверила данные с других антарктических обсерваторий — гигантского нейтринного детектора IceCube и обсерватории Пьера Оже. Эти эксперименты, работающие на других принципах, не зафиксировали ничего похожего в то же время. Это делает загадку ещё глубже: если бы это был какой-то мощный астрофизический источник, его, скорее всего, заметили бы и другие. Значит, явление либо очень специфично для метода ANITA, либо… что-то совсем новое.

Неизвестные свойства льда? 

Это одна из наиболее «приземлённых» гипотез. Возможно, существуют какие-то неизвестные эффекты отражения или распространения радиоволн вблизи поверхности ледника, которые создают иллюзию сигнала «снизу». Команда Уиссел проработала несколько таких моделей, но ни одна из них пока не смогла объяснить наблюдаемую картину.

Новая физика? Вот здесь начинается самое интересное. 

Что, если это частица, не входящая в Стандартную модель? Существует гипотеза о «стерильных нейтрино» — гипотетических частицах, которые взаимодействуют с материей ещё слабее обычных нейтрино и теоретически могли бы пронзить Землю. Другие теории намекают на экзотические частицы, связанные с тёмной материей, которые при распаде могли бы породить такой сигнал.

Конечно, учёные крайне осторожны в таких заявлениях. Одно или два странных события — это ещё не открытие. Это лишь намёк, интригующая зацепка, которая может привести либо к обнаружению нового физического закона, либо к более глубокому пониманию уже известных.

Тайна ждёт своего часа

Сейчас загадка антарктических сигналов остаётся нерешённой. Это одна из тех красивых научных проблем, где данных достаточно, чтобы понять, что происходит нечто странное, но недостаточно, чтобы дать окончательный ответ.

Но наука не стоит на месте. Команда Уиссел уже работает над следующим поколением детектора — PUEO. Он будет больше и чувствительнее, чем ANITA. Если аномальные сигналы реальны, PUEO должен будет зафиксировать их в большем количестве, что позволит детально изучить их свойства.

Возможно, он раскроет тайну и докажет существование новой частицы. А может, он просто обнаружит неизвестный ранее радиофизический эффект в антарктических льдах. Или, что было бы не менее захватывающе, он наконец-то начнёт регистрировать поток «обычных» космических нейтрино, ради которых всё и затевалось. В любом случае, физики в выигрыше. Ведь самая большая радость в науке — это не только находить ответы, но и сталкиваться с вопросами, которые заставляют нас пересматривать всё, что мы знали о мире.