امواج سرکشی که قوانین فیزیک را به چالش کشید

به گزارش مجله خبری نگار، در ارتفاعات بالای این قاره، یک بالن ناسا، تجهیزی به نام آنتن گذرای ضربه‌ای قطب جنوب (ANITA) را حمل می‌کند.

عملکرد پروژه ANITA

پروژه ANITA وظیفه دارد امواج رادیویی بسیار ضعیفی را شناسایی کند که زمانی پدید می‌آیند که پرتو‌های کیهانی با انرژی بالا به جو زمین برخورد می‌کنند. اغلب این سیگنال‌ها رفتاری مطابق پیش‌بینی‌های فیزیکی دارند: پس از بازتاب از لایه‌ای دو مایلی از یخ، قطبیت‌شان وارونه می‌شود و تصویری آینه‌ای به وجود می‌آورند که نشان می‌دهد ذره از بالا آمده است.

اما ANITA تعداد اندکی از پالس‌هایی را نیز ثبت کرده که از این الگو تبعیت نمی‌کنند.

نقض قوانین فیزیک توسط امواج سرکش

پالس‌هایی که از قوانین پیروی نمی‌کنند

این پالس‌های غیرعادی در زوایایی غیرمنتظره ظاهر شدند، حدود ۳۰ درجه زیر افق، نه در شیب‌های ملایمی که معمولاً با پژواک‌های پرتو‌های کیهانی دیده می‌شوند. تنها راهی که امواج رادیویی رو به بالا می‌توانند شکل بگیرند، این است که یک ذره مستقیم از درون سیاره عبور کند، بیش از ۴۸۰۰ کیلومتر از سنگ را پشت سر بگذارد و از سمت مقابل یخ خارج شود. هیچ ذره شناخته‌شده‌ای قادر به انجام چنین کاری نیست.

تأیید داده‌ها

با وجود عجیب بودن هندسه این پالس‌ها، تیم تحقیقاتی تأیید کرده که این پدیده‌ها واقعی هستند و نقص ابزاری نبوده‌اند. استفانی ویسل، استاد فیزیک، اخترشناسی و اخترفیزیک می‌گوید:

«امواج رادیویی که ما شناسایی کردیم در زوایای بسیار تند، حدود ۳۰ درجه زیر سطح یخ بودند. هنوز توضیحی قطعی برای این ناهنجاری‌ها نداریم، اما می‌دانیم که احتمالاً مربوط به نوترینو‌ها نیستند.»

پالایش داده‌ها برای یافتن سیگنال‌های واقعی

حذف نویز از داده‌ها

تجزیه‌وتحلیل داده‌های ANITA به دقت و تلاش فراوان نیاز دارد. پژوهشگران هزاران ساعت داده بالن را از طریق مدل‌سازی کامپیوتری بررسی می‌کنند تا پاسخ آشکارساز را به پدیده‌هایی مانند رعدوبرق، ماهواره‌ها و حتی شفق قطبی شبیه‌سازی کنند. تنها سیگنال‌هایی که ویژگی‌های مشخص حاصل از یک دوش ذره‌ای را دارند، باقی می‌مانند.

همکاری با شبکه‌های زمینی

تیم ANITA از داده‌های شبکه‌های زمینی مانند IceCube و رصدخانه Pierre Auger نیز بهره می‌برد. اگر پالسی فقط در داده‌های ANITA ظاهر شود، مورد بررسی دقیق قرار می‌گیرد. آن تعداد اندک پدیده‌های عجیب رو به بالا از تمام فیلتر‌ها عبور کردند، و این نشان می‌دهد که احتمالاً پدیده‌ای ناشناخته در جریان است.

نوترینوها: پیام‌آوران شبح‌گونه کیهان

نوترینو‌ها از مظنونین اصلی هستند. این ذرات بدون بار، تقریباً هیچ‌گاه با ماده برخورد نمی‌کنند و به همین دلیل ابزار‌هایی عالی برای بررسی رویداد‌های دوردست کیهانی‌اند، اما شناسایی آنها بسیار دشوار است.

ویسل می‌گوید:

«در هر لحظه، میلیارد‌ها نوترینو از ناخن شما عبور می‌کنند، اما نوترینو‌ها واقعاً با چیزی تعامل نمی‌کنند. اگر بتوانیم آنها را شناسایی کنیم، یعنی آنها تمام این مسیر را بدون هیچ‌گونه برهم‌کنشی طی کرده‌اند. ممکن است با نوترینویی از لبه جهان قابل مشاهده روبه‌رو باشیم.»

رصد از ارتفاع ۴۰ کیلومتری

ANITA از ارتفاع حدود ۴۰ کیلومتری بالای یخ پرواز می‌کند. این جایگاه، میدان دید هر آنتن را به صد‌ها کیلومتر مربع گسترش می‌دهد، بدون آن‌که نیازی به نصب تجهیزات بر روی یخ باشد.

ویسل توضیح می‌دهد:

«ما آنتن‌های رادیویی را روی بالنی نصب کرده‌ایم که ۴۰ کیلومتر بالای یخ در قطب جنوب پرواز می‌کند. این آنتن‌ها به سمت یخ نشانه می‌روند تا به دنبال نوترینو‌هایی بگردند که در یخ با ماده تعامل دارند و امواج رادیویی تولید می‌کنند که توسط آشکارساز‌های ما قابل حس هستند.»

چرا این یافته اهمیت دارد؟

با ردیابی مسیر سیگنال‌های عجیب به عقب، مسیر آنها از درون زمین عبور می‌کرد؛ موضوعی که با مدل استاندارد فیزیک ذرات سازگار نیست. بررسی بیشتر در داده‌های IceCube و Auger نیز هیچ رویداد مشابهی را نشان نداد و احتمال وجود توضیحات معمول را کاهش داد.

ویسل اضافه می‌کند:

«حدس من این است که شاید پدیده‌ای ناشناخته در انتقال امواج رادیویی نزدیک یخ یا افق اتفاق می‌افتد، اما تاکنون هرچه بررسی کرده‌ایم چیزی پیدا نکرده‌ایم.»

امید به کمک بالن PUEO

بالن بعدی با نام PUEO (سامانه بررسی پرانرژی‌ترین مشاهدات) برای پرواز در دسامبر ۲۰۲۵ برنامه‌ریزی شده است. این بالن دارای آنتن‌های بیشتر و تجهیزات الکترونیکی سریع‌تری خواهد بود که حساسیت را تا پنج برابر نسبت به ANITA افزایش می‌دهد.

ویسل با امیدواری می‌گوید:

«در حال حاضر این یکی از اسرار طولانی‌مدت است. هیجان‌زده‌ام که وقتی PUEO پرواز کند، حساسیت بالاتری خواهیم داشت. به‌احتمال زیاد پدیده‌های غیرعادی بیشتری ثبت خواهیم کرد، و شاید واقعاً بفهمیم چه چیزی پشت آنهاست. همچنین ممکن است نوترینو‌ها را شناسایی کنیم، که در برخی موارد حتی هیجان‌انگیزتر خواهد بود.»

منبع:فوت و فن