南极诡异的宇宙射线可能会打破我们所知道的物理学

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安妮塔准备于2016年12月从南极洲麦克默多站附近发射。美国国家航空航天局

南极冰封的大地上正在发生一些奇怪的事情。

2006年,科学家们在南极大陆上空发射了一个名为“南极脉冲瞬态天线”(ANITA)的科学气球任务,其中一个仪器发出了一束宇宙射线。这并不奇怪。宇宙射线一直从深空飞来,ANITA可以探测到它们并测量它们的能量。但这一次,宇宙射线不是来自上方,而是来自下面。这种高能粒子从冰层中冒出来,向上穿过大气层。这不是宇宙射线应该做的事情。

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在2014年ANITA的另一次飞行中,这种情况发生了再一次。

宇宙射线来自宇宙中一些最有能量的地方——从超新星到地球的漩涡黑洞。看到宇宙射线从地球出现表明这个粒子来自太空深处直接穿过在出现在另一边之前的星球。然而,根据物理学,这是不可能的。18新利最新登入

宇宙射线是高能质子和原子核,它们的横截面很大。换句话说,它们与物质相互作用没有问题。宇宙射线一旦击中地球,就会被大气层阻挡,就像子弹击中煤渣砖一样。相反,中微子的横截面非常小,这意味着这些幽灵般的粒子穿过物质,就好像它根本不存在一样。中微子与物质的相互作用非常微弱,每秒钟都有数万亿个中微子畅通无阻地穿过我们的身体。但是ANITA探测到的粒子不是中微子,它们(似乎是)宇宙射线,它们直接穿过我们的星球,就好像它根本不存在一样。坦白说,这些宇宙射线是不正常的。

现在研究人员重新审视了这些ANITA事件该研究于2018年9月提交并在另一个名为冰立方的南极实验中发现了三次类似的向上移动的宇宙射线探测,冰立方是一个埋在冰中的粒子探测器。他们得出了一个惊人的结论:它们不是有规律的,标准模型宇宙射线;它们可能是奇异物理的证据。

奇异物理学是指我们目前不了解的物理学,科学家将其称为“超越标准模型的物理学”。标准模型是一本类似菜谱的书,告诉宇宙亚原子粒子(从电子到光子到夸克)应该如何表现。18新利最新登入大型强子对撞机(LHC)发现希格斯玻色子2012年——赋予物质质量的粒子——标准模型完成;描述亚原子尺度下所有相互作用的理论框架已经成型。

然而,有一个问题。18新利最新登入事实上,有好几个。标准模型并没有解释什么暗物质暗能量是。它也不能解释为什么宇宙的大部分是由物质而不是反物质组成的。还有一个关于中微子质量的问题——标准模型在这方面也有不足。标准模型食谱中有许多无法解释的谜团,所以物理学家们正努力工作,试图找到一本食谱的证据,这本食谱在阴影中统治着宇宙。

令人恼火的是,地球上最复杂的实验还没有找到任何关于这个神秘领域的确凿证据,尽管有线索。而且,根据研究ANITA和冰立方异常的研究人员的说法,这些宇宙射线的探测可能打开了一扇超越标准模型的物理学之窗,提供了粒子看起来像宇宙射线的证据不要表现得像宇宙射线。

“根据[标准模型]相互作用的保守推断,没有粒子可以在地球上传播[…]]在这些能量和出口角度上。我们在这里探讨“超出标准模型”的粒子是否需要解释ANITA事件,如果解释正确的话,并得出结论,”研究人员写道他们的研究

“超对称”(或SUSY)是一本假想的奇异物理食谱,它可能有助于解释正在发生的事情。这一假设表明,我们所知道和喜爱的所有粒子都有SUSY粒子(又名“粒子”)。这些粒子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。这些幽灵宇宙射线实际上是一种完全不同类型的粒子从超对称性出现吗?

现在下结论还为时过早,还需要更多的数据,但想到我们可能在地球上最极端的地方偶然瞥见了标准模型之外的物理现象,这是很诱人的。

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