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        据包括宾夕法尼亚州立大学科学家在内的一个国际研究小组称，南极洲的一个宇宙粒子探测器发出了一系列奇怪的信号，这些信号违背了目前对粒子物理学的理解。 南极脉冲瞬态天线 （ANITA） 实验检测到了这些不寻常的无线电脉冲，该实验是在南极洲上空的高空气球上飞行的一系列仪器，旨在检测宇宙射线撞击大气层的无线电波。

         的目标实验是通过分析到达地球的信号来深入了解遥远的宇宙事件。 该团队表示，这些信号（无线电波的一种形式）似乎来自地平线以下，而不是从冰上反射出来，这种方向无法用目前对粒子物理学的理解来解释，并且可能暗示了以前科学未知的新型粒子或相互作用。

         研究人员在《物理评论快报》杂志上发表了他们的结果。

         “我们检测到的无线电波处于非常陡峭的角度，大约在冰面以下 30 度，”物理学、天文学和天体物理学副教授斯蒂芬妮·维塞尔 （Stephanie Wissel） 说，她在 ANITA 团队中工作，寻找来自被称为中微子的难以捉摸的粒子的信号。

         她解释说，根据他们的计算，异常信号必须穿过数千公里的岩石并与之互动，然后才能到达探测器，而探测器本应留下无线电信号无法检测到，因为它会被岩石吸收。

         “这是一个有趣的问题，因为我们实际上仍然没有解释这些异常是什么，但我们所知道的是，它们很可能不代表中微子，”Wissel 说。

         中微子是一种不带电荷的粒子，是所有亚原子粒子中质量最小的粒子，在宇宙中含量丰富。 通常由太阳等高能量源或超新星等重大宇宙事件甚至大爆炸时，到处都是中微子信号。 不过，这些颗粒的问题在于，它们出了名的难以检测，Wissel 解释说。

         “任何时候都有 10 亿个中微子穿过你的拇指，但中微子并没有真正相互作用，”她说。 “所以，这就是双刃剑的问题。 如果我们检测到它们，则意味着它们已经一路旅行，没有与其他任何东西互动。 我们可能检测到来自可观测的宇宙。

         Wissel 补充说，一旦被探测到并追踪到它们的来源，这些粒子甚至可以比最高倍望远镜更多地揭示宇宙事件，因为这些粒子可以不受干扰地传播，而且速度几乎与光速一样快，从而提供有关光年外发生的宇宙事件的线索。

         Wissel 和世界各地的研究团队一直在努力设计和制造特殊的探测器，以捕获敏感的中微子信号，即使是相对较小的中微子信号金额。 她说，即使是来自中微子的一个小信号也蕴藏着信息宝库，因此所有数据都具有重要意义。

         “我们使用射电探测器来尝试建造非常非常大的中微子望远镜，这样我们就可以追求相当低的预期事件率，”Wissel 说，他设计了在南极洲和南美洲发现中微子的实验。

         ANITA 就是其中一种探测器，它被放置在南极洲，因为受到其他探测器干扰的可能性很小信号。 为了捕获发射信号，气球携带的无线电探测器被派往冰上飞行，捕捉到所谓的冰雨。

         “我们在南极洲冰层上方 40 公里处飞行的气球上安装了这些无线电天线，”Wissel 说。 “我们将天线对准冰层，寻找在冰层中相互作用的中微子，产生无线电发射，然后我们可以在探测器上感应到这些发射。”

         这些特殊的冰相互作用中微子，称为 tau 中微子，产生一种称为 tau 轻子的次级粒子，该粒子从冰中释放出来并衰变，这个物理学术语指的是粒子在太空中传播并分解成其成分时如何失去能量。 这会产生称为风淋的排放物。

         如果它们是肉眼可见的，那么风雨可能看起来像一个向一个方向挥动的火花，后面有火花，Wissel 解释说。 研究人员可以区分两种信号——冰阵雨和气阵雨——以确定有关创建信号的粒子的属性。

         Wissel 说，这些信号可以追溯到它们的来源，类似于以某个角度投出的球会以相同的角度预见地反弹回来。 然而，最近的异常发现无法以这种方式追溯，因为角度比现有模型预测的要尖锐得多。

         通过分析从多次 ANITA 飞行中收集的数据，并将其与数学模型和广泛的模拟进行比较无论是常规的宇宙射线还是向上的风雨，研究人员都能够过滤掉背景噪声并消除其他已知基于粒子的信号的可能性。

         然后，研究人员交叉引用了来自其他独立探测器（如 IceCube 实验和 Pierre Auger 天文台）的信号，以查看其他实验是否捕获了来自向上的空气淋浴的数据，类似于 ANITA 发现的数据。

         分析显示其他探测器没有记录任何可以解释 ANITA 检测到的内容，这导致研究人员将信号描述为“异常”，这意味着引起信号的粒子不是中微子，Wissel 解释说。 她说，这些信号不符合粒子物理学的标准图景，虽然有几种理论表明这可能是暗物质的暗示，但缺乏对 IceCube 和 Auger 的后续观测确实缩小了可能性。 宾夕法尼亚州立大学

         已经构建了检测器和Wissel 解释说，分析中微子信号近 10 年，并补充说她的团队目前正在设计和制造下一个大型探测器。 Wissel 说，名为 PUEO 的新探测器将更大、更擅长检测中微子信号，它有望阐明异常信号到底是什么。

         “我的猜测是，一些有趣的无线电传播效应发生在冰附近和地平线附近，我不完全了解，但我们肯定探索了其中的几个那些，我们也还没有找到任何一个，“Wissel 说。 “所以，现在，这是这些长期存在的谜团之一，我很高兴当我们乘坐 PUEO 时，我们将拥有更好的灵敏度。 原则上，我们应该发现更多的异常，也许我们真的会了解它们是什么。 我们还可能检测到中微子，这在某些方面会更令人兴奋。

         宾夕法尼亚州立大学的另一位合著者是物理学博士生 Andrew Zeolla。 进行的研究由宾夕法尼亚州立大学的科学家资助。 能源部和美国 美国国家科学基金会。 该论文包含合作者和作者的完整列表。