إن أفضل نموذج لدينا من فيزياء الجسيمات هو الانفجار في اللحامات حيث تكافح من أجل احتواء كل غرابة الكون. الآن ، يبدو من المحتمل أكثر من أي وقت مضى أنه قد يندلع ، وذلك بفضل سلسلة من الأحداث الغريبة في القارة القطبية الجنوبية ...
تم التنبؤ بموت هذا النموذج الفيزيائي السائد ، النموذج القياسي ، لعقود. هناك تلميحات لمشاكلها في الفيزياء لدينا بالفعل. تشير النتائج الغريبة للتجارب المختبرية إلى وميض الأنواع الجديدة الشبحية من النيوترينو بعد الأنواع الثلاثة الموصوفة في النموذج القياسي. ويبدو الكون مليئًا بالمادة المظلمة التي لا يمكن لأي جسيم في النموذج القياسي تفسيرها.
لكن الأدلة المحيرة الأخيرة قد تربط يومًا ما تلك السلاسل الغامضة من البيانات معًا: ثلاث مرات منذ عام 2016 ، انفجرت الجسيمات فائقة الطاقة من خلال جليد القارة القطبية الجنوبية ، مما أدى إلى اكتشاف أجهزة الكشف في تجربة أنتاركتيكا الهوائي العابر (ANITA) ، آلة تتدلى من بالون ناسا أعلى بكثير من السطح المجمد.
كما ذكرت Live Science في عام 2018 ، فإن هذه الأحداث - جنبًا إلى جنب مع العديد من الجسيمات الإضافية التي تم اكتشافها لاحقًا في مرصد النيوترينو في القطب الجنوبي المطبق في القطب الجنوبي - لا تتوافق مع السلوك المتوقع لأي جزيئات نموذج قياسي. تبدو الجسيمات مثل النيوترينوات عالية الطاقة. لكن النيوترينوات عالية الطاقة لا يجب أن تكون قادرة على المرور عبر الأرض. هذا يشير إلى أن نوعًا آخر من الجسيمات - واحد لم يسبق رؤيته من قبل - يتدفق في السماء الجنوبية الباردة.
الآن ، في ورقة جديدة ، ألقى فريق من الفيزيائيين الذين يعملون على IceCube شكوكًا شديدة على واحد من آخر تفسيرات النموذج القياسي المتبقية لهذه الجسيمات: المسرعات الكونية ، وبنادق النيوترينو العملاقة التي تختبئ في الفضاء والتي ستطلق بشكل دوري رصاصات نيوترينو شديدة على الأرض. يمكن لمجموعة من مسدسات النيوترينو شديدة النشاط في مكان ما في سمائنا الشمالية أن تنفجر ما يكفي من النيوترينوات في الأرض بحيث نكتشف جزيئات تطلق من الطرف الجنوبي لكوكبنا. لكن الباحثين في IceCube لم يجدوا أي دليل على هذه المجموعة ، مما يشير إلى ضرورة وجود فيزياء جديدة لشرح الجسيمات الغامضة.
لفهم السبب ، من المهم معرفة سبب كون هذه الجسيمات الغامضة مقلقة للغاية بالنسبة للنموذج القياسي.
النيوترينوات هي أضعف الجسيمات التي نعرف عنها. من الصعب اكتشافها وتقريبها. إنها تمر عبر كوكبنا طوال الوقت - غالبًا ما تأتي من الشمس ونادرًا ما تصطدم بالبروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي تتكون منها أجسامنا والأوساخ تحت أقدامنا.
لكن النيوترينوات عالية الطاقة من الفضاء البعيد تختلف عن أبناء عمومتها منخفضي الطاقة. أكثر ندرة من النيوترينوهات منخفضة الطاقة ، لديهم "مقاطع عرضية" أوسع ، مما يعني أنهم أكثر عرضة للتصادم مع جزيئات أخرى أثناء مرورهم خلالها. إن احتمالات وجود نيوترينو عالي الطاقة يجعله على طول الطريق من خلال الأرض سليمًا جدًا لدرجة أنك لا تتوقع أبدًا اكتشافه يحدث. هذا هو السبب في أن عمليات الكشف عن ANITA كانت مفاجئة للغاية: كان الأمر كما لو أن الآلة قد فازت باليانصيب مرتين ، ثم فازت IceCube بها عدة مرات بمجرد أن بدأت في شراء التذاكر.
ويعلم الفيزيائيون عدد تذاكر اليانصيب التي كان عليهم العمل معها. تأتي العديد من النيوترينات الكونية فائقة الطاقة من تفاعلات الأشعة الكونية مع خلفية الميكروويف الكونية (CMB) ، الشفق الضعيف من الانفجار الكبير. من حين لآخر ، تتفاعل هذه الأشعة الكونية مع CMB بالطريقة الصحيحة لإطلاق جزيئات عالية الطاقة على الأرض. هذا يسمى "التدفق" ، وهو نفسه في جميع أنحاء السماء. لقد قام كل من ANITA و IceCube بقياس ما يبدو عليه تدفق النيوترينو الكوني لكل مستشعراتهم ، ولا ينتج فقط ما يكفي من النيوترينوات عالية الطاقة التي تتوقع أن تكتشف نيوترينو يطير خارج الأرض في أي من الكاشفين مرة واحدة .
قالت أنستازيا باربانو ، عالمة الفيزياء بجامعة جنيف التي تعمل على IceCube: "إذا كانت الأحداث التي تم اكتشافها بواسطة ANITA تنتمي إلى مكون النيوترينو المنتشر هذا ، فيجب أن تقوم ANITA بقياس العديد من الأحداث الأخرى في زوايا ارتفاع أخرى".
لكن من الناحية النظرية ، كان يمكن أن تكون هناك مصادر نيوترينو فائقة الطاقة تتجاوز التدفق على مستوى السماء ، أخبر Barbano Live Science: تلك المسدسات النيوترينية ، أو المسرعات الكونية.
"إذا لم تكن مسألة نيوترينوات ناتجة عن تفاعل الأشعة الكونية عالية الطاقة مع CMB ، فإن الأحداث المرصودة يمكن أن تكون إما نيوترينوات تنتجها مسرعات كونية فردية في فترة زمنية معينة" أو مصدر أرضي غير معروف ، قال باربانو.
وقالت إن Blazars ، ونوى المجرة النشطة ، وانفجارات أشعة غاما ، والمجرات النجمية ، ودمج المجرات ، والنجوم النيوترونية الممغنطة وسريعة الدوران كلها مرشحات جيدة لهذه الأنواع من المسرعات. ونحن نعلم أن مسرعات النيوترينو الكونية موجودة بالفعل في الفضاء. في عام 2018 ، تعقب IceCube نيوترينو عالي الطاقة إلى blazar ، نفاثة مكثفة من الجسيمات القادمة من ثقب أسود نشط في مركز مجرة بعيدة.
قال Barbano أن ANITA تلتقط فقط أكثر النيوترينات عالية الطاقة تطرفًا ، وإذا كانت الجسيمات التي تطير إلى الأعلى هي النيوترينوات المعززة الكونية من النموذج القياسي - على الأرجح من النيوترينو تاو - عندئذ كان يجب أن تأتي الحزمة مع دش من انخفاض - جزيئات الطاقة التي كانت ستعثر كاشفات الطاقة المنخفضة في IceCube.
قال باربانو: "بحثنا عن أحداث في سبع سنوات من بيانات IceCube" ، وهي أحداث تتطابق مع زاوية وطول عمليات الكشف عن ANITA ، والتي تتوقع أن تجدها إذا كانت هناك بطارية كبيرة من مدافع النيوترينو الكونية هناك تطلق على الأرض لإنتاج هذه الجسيمات الصاعدة. ولكن لم يحضر أحد.
لا تقضي نتائجهم تمامًا على احتمال وجود مصدر مسرّع. لكنهم "يقيدون بشدة" نطاق الاحتمالات ، ويزيلون جميع السيناريوهات الأكثر معقولية التي تتضمن مسرعات كونية والعديد من السيناريوهات الأقل احتمالاً.
قال باربانو: "الرسالة التي نريد إيصالها إلى الجمهور هي أن التفسير النموذجي للفيزياء الفلكية القياسي لا يعمل بغض النظر عن كيفية تقطيعه".
الباحثون لا يعرفون ما هو التالي. قال Barbano ، لا ANITA ولا IceCube هو كاشف مثالي لعمليات المتابعة اللاحقة اللازمة ، مما يترك للباحثين القليل من البيانات التي يبنون عليها افتراضاتهم حول هذه الجسيمات الغامضة. إنه يشبه إلى حد ما محاولة معرفة الصورة على أحجية عملاقة من حفنة من القطع فقط.
في الوقت الحالي ، يبدو أن العديد من الاحتمالات تتناسب مع البيانات المحدودة ، بما في ذلك نوع رابع من النيوترينو "المعقم" خارج النموذج القياسي ومجموعة من الأنواع النظرية للمادة المظلمة. أي من هذه التفسيرات سيكون ثوريًا. hjh لكن لا يوجد شيء مفضل بشدة حتى الآن.
وقال باربانو "علينا أن ننتظر الجيل القادم من أجهزة كشف النيوترينو".
