2006年,当科学家们在南极大陆上空发射了一项名为“南极脉冲瞬变天线”(ANITA)的科学气球任务时,一条宇宙射线击中了其中一个仪器。这也许并不奇怪,但是奇怪的是宇宙射线一直从太空飞来地球,ANITA可以探测到它们并测量它们的能量,但是在这一次,宇宙射线不是从上面来的,而是从下面来的。这个高能粒子是从冰上冒出来的,并且向上穿过大气层的。这不是宇宙射线应该做的。
在2014年ANITA的另一次飞行中,同样的事情又发生了一次。
宇宙射线是来自宇宙中一些能量最强的地方—从超新星到黑洞的漩涡。看到一条宇宙射线从地球上出现,说明这个粒子是从深空旅行过来的,在到达地球的另一边之前就穿过了地球。然而,根据物理学,这是不可能的。
宇宙射线是高能质子和原子核,它的问题在于它们有很大的横截面。换句话说,它们与物质的相互作用没有问题。如果宇宙射线击中地球,它将被大气层阻挡在轨道上。相反,中微子的横截面积非常小,这意味着这些幽灵般的粒子会迅速穿过物质,就好像物质根本不存在一样。中微子与物质的相互作用非常微弱,以至于每秒钟都有数以万亿计的中微子畅通无阻地通过我们的身体。但是ANITA探测到的粒子不是中微子,而是宇宙射线,它们直接穿过我们的星球,就好像我们的星球根本不存在一样。坦白地说,这些宇宙射线是不正常的。
研究人员在2018年9月提交的一份研究报告中重新审视了这些ANITA事件,并在另一个南极实验中发现了三个类似的向上移动的宇宙射线探测结果,这是一种埋在冰层中的粒子探测器。他们得出了一个惊人的结论:这些不是常规的标准型宇宙射线,它们可能是奇异物理的证据。
奇异物理是指我们目前还不了解的物理,科学家称之为“标准型之外的物理”。标准型是一个告诉我们宇宙亚原子粒子(从电子到光子到夸克)应该如何表现的。在大尺度的粒子对撞机中发现的描述粒子内部相互作用的大尺度粒子对撞机(LHC)是完全符合理论框架的。
然而,有几个问题。标准模型不能解释暗物质和暗能量是什么。它也无法解释为什么宇宙的大部分是由物质而不是反物质构成的。还有中微子质量的问题,标准模型在这方面也有不足。有许多谜团无法用标准模型来解释,因此物理学家们正在努力工作,试图为一个在阴影中统治宇宙的方式寻找证据。
令人恼火的是,尽管有一些线索,地球上最复杂的实验还没有找到任何确凿的证据来证明这个阴暗的领域。而且,根据研究ANITA和IceCube异常的研究人员称,这些宇宙射线探测可能打开了一扇观察标准模型之外物理的窗口,提供了一些粒子的证据,这些粒子看起来像宇宙射线,但行为却不像宇宙射线。
根据相互作用的保守推断,没有粒子可以在地球上传播,研究人员在他们的研究中写道:“我们在这里探索是否需要“超出标准型”的粒子来解释ANITA事件,如果解释正确的话,那能得出结论."
“超对称性”(或SUSY)是一本假设的奇异物理基础书,可能有助于解释发生了什么。这个假设表明,我们所知道和喜爱的所有粒子都有SUSY粒子(又名“sparticles”)。这些火花将为标准模型提供平衡,并可能解释一些困扰物理学家和宇宙学家的谜团。这些幻影宇宙射线真的是从超对称性中出现的完全不同类型的粒子吗?
现在下结论还为时过早,还需要更多的数据,但我们可能无意中瞥见了地球上最极端位置的标准型之外的物理现象。
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