Misteriozni radio signali na Antarktiku i dalje zbunjuju naučnike

Antarktik, najhladniji i najizoliraniji kontinent na svijetu, dugo je služio kao posljednja granica ljudskog istraživanja i netaknuta prirodna laboratorija.

Njegova ekstremna izolacija i minimalni nivo radio-frekvencijskih smetnji čine ga savršenim mjestom za osluškivanje najtiših šapata svemira.

Upravo je u tom zaleđenom prostranstvu, ispod kilometara debelog leda, otkriveno nešto što i danas, godinama nakon detekcije, zbunjuje naučnu zajednicu: anomalni, visokoenergetski radio impulsi koji kao da izviru iz same unutrašnjosti Zemlje.

Ovi signali, trenutno su jedna od najdubljih misterija moderne fizike, prkoseći našem temeljnom razumijevanju čestica i sila koje upravljaju svemirom.

Iako je o ovome bilo spomena u formi kraće vijesti prije skoro dva mjeseca, tekst koji slijedi u nastavku donosi detaljniju analizu i objašnjenja, kako bi čitatelji bolje razumjeli zašto ovo iznenadno otkriće izaziva tako veliku pometnju u svijetu nauke.

Signal iz nepoznatog

Signali su otkriveni pomoću Antarktičke impulsne prolazne antene (ANITA), genijalnim eksperimentom dizajniranim za lov na jedne od najneuhvatljivijih čestica u svemiru – neutrine.

Uz pomoć ogromnog balona, ANITA nosi niz osjetljivih radio antena na visini od gotovo 40 kilometara iznad antarktičke ledene ploče.

Njezina primarna misija bila je detektovati slabe radio valove koji nastaju kada ultravisokoenergetski neutrini, putujući iz svemira, ostvare kontakt sa ledom.

U naučnim krugovima, neutrini su poznati kao “čestice duhovi”, jer gotovo da ne stupaju u interakciju sa materijom.

Međutim, pri ekstremno visokim energijama, interakcija tau neutrina sa ledom može proizvesti kaskadu čestica koja emitira karakteristični radio signal.

Zato su ANITA antene usmjerene su prema tlu, jer naučnici očekuju da će uhvatiti upravo takve signale koji se odbijaju od ledene površine.

Međutim, 2006. i onda ponovno 2014. godine, ANITA je zabilježila nešto sasvim neočekivano.

Detektirala je dva iznimno snažna radio impulsa koji nisu dolazili iz svemira, niti su odgovarali profilu signala odbijenog od leda.

Umjesto toga, činilo se da signali dolaze odozdo, izranjajući iz leda pod neuobičajeno strmim kutom.

Sama činjenica da se ovakav anomalni signal pojavio u okruženju koje je pažljivo odabrano zbog minimalne vjerojatnosti smetnji, odmah je ukazala na njegovu ogromnu važnost i prisilila naučnike da razmotre izvore izvan svih početnih pretpostavki.

Nemoguća putanja

Detaljna analiza otkrila je niz karakteristika koje ove signale čine toliko zagonetnim.

Svaki pojedini aspekt signala, od njegove geometrije do fizikalnih svojstava, odstupao je od očekivanja.

Kao prvo, ugao upada bio je približno 30 stepeni ispod horizonta, što nije bilo tek blago odstupanje, već drastično strmije od očekivanih 1 do 5 stepeni za standardne interakcije kosmičkih zraka.

Drugo, signali su imali snažnu horizontalnu polarizaciju, ali bez ključne inverzije polariteta, fizičkog “potpisa” koji bi se neizbježno pojavio da su signali posljedica refleksije kosmičkih zraka sa ledene površine.

Ovaj nedostatak inverzije bio je jasan pokazatelj da se ne radi o jednostavnom fenomenu odbijanja.

No, najproblematičniji aspekt, onaj koji ovu anomaliju gura u domenu fundamentalne misterije, bila je pretpostavljena putanja signala.

Da bi stigao do ANITA-e iz tog smjera, morao je proći kroz hiljade kilometara Zemljine kore i plašta. Prema nekim procjenama to je 6.000 do 7.000 kilometara čvrste, guste stijene.

Prema Standardnom modelu fizike čestica, ovo bi trebalo biti apsolutno nemoguće. Na ultravisokim energijama koje ovi signali impliciraju, čak i neutrini, “čestice duhovi”, postaju, kako je to slikovito opisao fizičar Alex Pizzuto, “poput bikova u porculanskoj radnji”.

Vjerojatnost njihove interakcije sa materijom drastično raste, te bi svaka poznata čestica bila neizbježno zaustavljena i apsorbirana davno prije nego što bi uspjela proći kroz toliku debljinu planete.

Nemogućnost ove putanje nije nedostatak u promatranju; ona je upravo definirajuća karakteristika anomalije.

Zašto poznata fizika ne može riješiti problem?

Suočeni s ovim podacima, naučnici su sistematski pokušali eliminisati sva moguća konvencionalna objašnjenja.

Prvi i najočitiji kandidat – tau neutrino Standardnog modela – odbačen je nakon rigorozne provjere.

Da bi se objasnili ANITA-ini signali, trebao bi postojati ogroman protok takvih neutrina koji pogađaju Zemlju, no drugi, osjetljiviji detektori nisu uhvatili apsolutno ništa.

Eksperiment IceCube, masivni detektor neutrina smješten duboko u antarktičkom ledu, pretražio je svoje podatke u smjeru ANITA-inih događaja i nije pronašao nikakav odgovarajući signal.

Štaviše, teorija predviđa da bi IceCube trebao vidjeti daleko više događaja od ANITA-e, no zabilježio je nulu.

Slično tome, Opservatorija Pierre Auger u Argentini, najveći svjetski detektor kosmičkih zraka, nije pronašao dokaze o sličnim uzlaznim signalima u 15 godina svog rada.

Ovo snažno neslaganje između eksperimenata dovelo je do zaključka da je objašnjenje unutar Standardnog modela “isključeno na nivou pouzdanosti od 5 sigma”, što je statistički prag koji se u fizici čestica smatra definitivnim otkrićem.

Istraživači su također isključili druge prirodne i ljudske izvore, poput atmosferskih fenomena, sunčevih baklji ili grešaka na instrumentima.

Sistematsko isključivanje svih poznatih objašnjenja pretvorilo je izjavu “ne znamo šta je to” u daleko snažniju tvrdnju: “to ne može biti ono što znamo.”

Istraživanje neistraženog

Budući da poznata fizika ne nudi odgovor, naučna zajednica okrenula se egzotičnijim i spekulativnijim hipotezama.

Predložene teorije zvuče možda suludo, no svaka od njih pokušava na logičan način pomiriti “nemoguća” opažanja sa nekim novim fizičkim principom.

Jedna linija razmišljanja fokusira se na čestice koje leže izvan našeg trenutnog “zoološkog vrta” čestica.

Hipoteze uključuju supermasivne čestice tamne materije koje se raspadaju unutar Zemlje, proizvodeći druge, slabo interagirajuće čestice sposobne proći kroz stijenu.

Druga mogućnost su “sterilni neutrini”, hipotetske čestice koje sa materijom interagiraju još slabije od običnih neutrina, što bi im teoretski omogućilo da prođu kroz planetu prije nego što se raspadnu blizu površine i proizvedu vidljivi signal.

Druga objašnjenja zalaze u još apstraktnije vode, predlažući nove sile ili fenomene.

To uključuje teorije o aksionima, hipotetskim česticama koje bi se mogle pretvarati u radio-fotone u Zemljinoj ionosferi, što bi elegantno objasnilo smjer i polarizaciju signala bez potrebe za putovanjem kroz Zemlju.

Jedna od najradikalnijih ideja, predložena u naučnom radu iz 2018., jest da su signali dokaz postojanja CPT simetričnog svemira, paralelnog univerzuma stvorenog u Velikom prasku koji se kreće unatrag u vremenu.

U takvom scenariju, čestice iz tog svemira mogle bi putovati “unatrag” kroz prostor-vrijeme i interagirati na način koji nam se čini anomalan.

Konačno, neki naučnici, poput Stephanie Wissel, ostaju otvoreniji prema manje egzotičnim, ali jednako nepoznatim mogućnostima, sugerirajući da možda postoji neki još neotkriveni efekt širenja radio valova u ledu koji bi mogao objasniti opažanja bez pribjegavanja novoj fizici.

Ova raznolikost teorija ukazuje na dubinu izazova koji ANITA signal predstavlja.

Potraga za odgovorima

Iako je ANITA eksperiment umirovljen nakon posljednjeg leta 2016. godine, potraga za odgovorima tek je započela.

Nasljednik ANITA-e, nazvan PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations), trenutno je u razvoju.

Sa planiranim lansiranjem u sezoni 2025./2026., PUEO će biti deset puta osjetljiviji od svog prethodnika. Naučnici se nadaju da će PUEO ili detektovati više ovih anomalnih događaja, pružajući dovoljno podataka za konačno razumijevanje njihovog porijekla, ili ih neće detektovati uopće, što bi misteriju učinilo još dubljom.