物理學家們觀測到兩種不同尋常的無線電信號，它們由懸掛在巨大氣球上的南極脈衝瞬變天線（ANITA，下文稱爲安妮塔）探測器發出，但科學家們一直對此摸不着頭腦。安妮塔發現的大多數信號都是由宇宙射線穿過大氣層產生，而這兩種異常信號似乎是在粒子穿過地殼向上移動過程中形成的。這些粒子可能是中微子，但它們的性質與粒子物理學的標準模型不一致。

圖解：南極脈衝瞬變天線探測器準備起飛 (安妮塔合作組)

安妮塔在美國帶領下合作開發，由美國宇航局資助，它將96個無線電天線懸掛在一個作爲實驗平臺的氦氣球上。在近40公里的高空連續飛行數週後，安妮塔探測到從位於南極洲的一個130萬平方公里狹長地帶發射的無線電波。它的主要目的是收集宇宙中微子從太空深處發出的信號從而嘗試追溯超高能量宇宙射線的起源，這種射線被認爲與宇宙中微子產生於同一地方。

這些有趣的中微子穿過地球並與南極冰原中的原子核相互作用，產生帶電粒子簇然後釋放出無線電波。安妮塔還可以在宇宙射線下行與大氣碰撞時接收到信號。這一過程中產生的無線電波會從冰面上反彈回來進入安妮塔的天線中。

圖解：NASA南極監測器 圖源：百度

位移指示器偏振

這兩種信號可以通過測量無線電波偏振來區分，宇宙射線信號爲水平偏振而中微子信號爲垂直偏振。此外，天文臺還分離出了一小部分空氣簇射，這些空氣簇射的無線電輻射不會從冰面上反彈而是以一個非常小的幾乎與地面平行的角度直接飛向冰面。由於這些波不被反射因此不會出現相位倒置，這意味着它們的相位與跳躍變化相比相差180。

科學家們在安妮塔2006- 2007年的首次飛行數據中發現了一個不尋常的結果。數據顯示了一個水平偏振並且從任意目的角度來看都像是宇宙射線信號。它也沒有發生相位倒置，這表明原始粒子可能是水平運動的，然而這一信號到達的角度要陡峭的多並且遠低於地平線水平。

爲了解釋這一現象，夏威夷大學的彼得·戈漢姆和安妮塔合作組的同事們假設這個信號不是由中微子產生的空氣簇射形成的，而是由中微子相互作用的產物產生的空氣簇射形成的，這些產物可能是輕子。他們認爲中微子會在冰內或冰下相互作用產生一個輕子，輕子會沿着中微子的軌道繼續運動，但只有在它離開冰層後纔會衰變。由此產生的無線電波便成爲水平偏振的。

圖解：NASA南極監測站 圖源：新浪

但這個想法是存疑的，因爲與能量較低的中微子不同，負責發出信號的高能中微子在穿過地球幾百公里後會發生相互作用(在更高的能量下中微子相互作用的橫截面會變得更大)。然而，研究人員計算出中微子的運行軌道一定穿過了約7000公里的固體物質，同時他們認爲這種幾率只有10萬分之一。

人類活動

戈勒姆認爲這次事件可能是由人類活動引起的，但是當他和同事們觀察安妮塔在2014- 2015年第三次飛行的數據時，他們發現了一個類似的信號。研究人員計算出這兩件事構成了一種證據來解釋這些異常現象。他說，仍然有可能是兩個沒有關聯的人造成了這些，他們在離各自南極基地很遠的地方發射了單一的無線電脈衝。但這在現階段來說不太可能。

圖源：百度

英國利茲大學的艾倫·沃森也認爲這些信號不是人爲的。但另一方面來說，這些中微子的發現是合理的，也補充道，他驚訝於南極的冰立方探測器和阿根廷的皮埃爾奧傑天文臺都沒有看到類似的事件。

加州大學洛杉磯分校的亞歷山大·庫先科認爲有可能這些信號被冰反射了但沒有發生相位反轉，也許是因爲它們在地表下被密度較低的地層反射。與此同時，芝加哥大學的帕維爾·默特羅克認爲關於中微子相互作用截面計算出了錯，“計算結果在比安妮塔探測器小得多的能量下得到了實驗驗證，而外推法通常不那麼可信。”

宇宙開關

戈勒姆的團隊找到了另一種可能性，在時空的適當位置開啓一個非常強大的宇宙中微子源，以提供克服地球制動能力所需的流量。他和同事們通過搜索天體物理目錄發現了第二個事件的可能來源於2014年觀測到的一個超新星，但沒有發現符合第一個事件的天體。

圖源：搜狐

這就有了更多更奇特的可能性。戈勒姆還提到一些理論學家正在探索這些事件是否與惰性中微子有關，這種惰性中微子與擴展後的標準模型所預測的正常中微子是近親，有研究小組表明已經有證據證明。他們認爲惰性中微子會穿過地球的大部分區域，之後在地表之下轉化爲中微子。

在戈勒姆看來，解開這個謎團並不容易。“如此有限的統計數據使我們很難真正確定其原因。但我們將繼續努力。”關於這項研究的論文發表在arXiv網站上和《物理評論快報》。

圖源：搜狐

作者: Edwin Cartlidge

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