کشف سیگنال‌های رادیویی اسرارآمیز در قطب جنوب، قوانین فیزیک را زیر سوال برد!

در دنیای علم، اکتشافات پیوسته در حال رقم خوردن هستند و گاهی یافته‌هایی چنان شگفت‌انگیز به دست می‌آیند که دانشمندان را وادار به بازنگری در فرضیات بنیادی خود می‌کنند. اخیراً، مجموعه‌ای از سیگنال‌های رادیویی غیرعادی که در گستره‌ی یخی قطب جنوب شناسایی شده‌اند، جامعه علمی را به شدت متحیر ساخته و فرضیات آن‌ها درباره‌ی کیهان را به چالش کشیده‌ است. این سیگنال‌ها که در ابتدا تصور می‌شد نشان‌دهنده‌ی شناسایی ذرات گریزان نوترینو (neutrinos) هستند، اکنون به معمایی عمیق‌تر تبدیل شده‌اند که مدل‌های فعلی فیزیک را به مبارزه می‌طلبد. این پالس‌های رادیویی مرموز، که توسط ابزاری به نام ANITA (آنتن ضربه‌ای گذرا قطب جنوب – Antarctic Impulsive Transient Antenna) ثبت شده‌اند، پدیده‌هایی را نشان می‌دهند که نظریه‌های علمی تثبیت‌شده را به چالش می‌کشند.

سیگنال‌های غیرمنتظره از قطب جنوب

در سال ۲۰۲۰، یک تیم بین‌المللی از دانشمندان با استفاده از ANITA، آنتنی که روی یک بالون در ارتفاع بالا نصب شده بود، به دنبال نشانه‌هایی از نوترینوها – ذرات زیراتمی که تصور می‌شود بدون شناسایی توسط اکثر ابزارها در فضا حرکت می‌کنند – بودند. محققان امیدوار بودند سیگنال‌های ساطع‌شده هنگام تعامل این نوترینوها با صفحات یخی قطب جنوب را ثبت کنند. اما در عوض، پالس‌های رادیویی غیرعادی را از جهتی ثبت کردند که به نظر غیرممکن می‌رسید. به نظر می‌رسید این سیگنال‌ها از زیر سطح زمین می‌آیند و پیش‌بینی‌ها در مورد رفتار چنین ذراتی را نقض می‌کنند.

استفانی ویسل (Stephanie Wissel)، استاد فیزیک، ستاره‌شناسی و اخترفیزیک در دانشگاه ایالتی پن (Penn State University) می‌گوید: «سیگنال‌ها از زاویه‌ای می‌آیند که ما انتظار نداریم.» طبق مدل‌های فعلی، سیگنال‌های نوترینو نباید از چنین زوایای تندی منشأ بگیرند. این شناسایی، سوالاتی را در مورد ماهیت داده‌ها مطرح کرده است، به طوری که برخی حدس می‌زنند که این قرائت‌ها ممکن است اصلاً ناشی از نوترینوها نباشند.

معمایی رو به گسترش

از لحاظ نظری، به دلیل تعامل ضعیف نوترینوها با ماده، تشخیص آن‌ها فوق‌العاده دشوار است. آن‌ها به مقدار زیادی توسط رویدادهای کیهانی مانند ابرنواخترها (supernovae) و بیگ‌بنگ (Big Bang) تولید می‌شوند، اما تقریباً بدون مزاحمت از زمین عبور می‌کنند. تیم ANITA امیدوار بود با شناسایی امواج رادیویی که نوترینوها هنگام تعامل با یخ تولید می‌کنند، این ذرات گریزان را ثبت کند. اما در عوض، داده‌ها سیگنال‌هایی را نشان دادند که انتظارات سنتی را نقض می‌کردند. این سیگنال‌ها، که قطبش افقی (horizontal polarization) مشخصی را نشان می‌دهند، به نظر می‌رسید از یک منبع غیرعادی در زیر یخ ناشی می‌شوند، نه از ذرات پرانرژی کیهانی که به جو برخورد می‌کنند.

برای ویسل و همکارانش، این یک چالش بزرگ بود. ویسل اظهار داشت: «ما توضیح دقیقی برای این ناهنجاری‌ها نداریم، اما می‌دانیم که احتمالاً نوترینو نیستند.» با شکست مدل‌های فعلی در توضیح این پدیده، یافته‌های این تیم احتمال وجود انواع جدید و ناشناخته ذرات یا فرآیندهایی در جهان را مطرح کرده است.

نظریه‌ها و چالش‌ها

یک نظریه که توسط این تیم پیشنهاد شد، حاکی از آن است که سیگنال‌های عجیب (strange signals) ممکن است نتیجه‌یinteractions بین نوترینوهای تاو (tau neutrinos) – نوعی نوترینو با انرژی بالاتر – در داخل پوسته‌ی زمین (Earth’s crust) باشد. طبق این فرضیه، نوترینوها می‌توانند لپتون‌های تاو (tau leptons) تولید کنند، که سپس از زمین خارج شده و به شکل بارش‌های اتمسفری متلاشی می‌شوند و می‌توانند امواج رادیویی قابل تشخیصی ایجاد کنند. با این حال، این ایده هنوز قطعی نیست.

مشکل این نظریه در فیزیک (physics) نهفته است. برای اینکه سیگنال‌ها با سیگنال‌های ثبت‌شده توسط ANITA مطابقت داشته باشند، نوترینوها باید از طریق چندین کیلومتر از پوسته‌ی زمین عبور کنند – سناریویی که طبق قوانین فیزیک ذرات بسیار بعید است.

رصدخانه‌ی پیر اوژه (Pierre Auger Observatory) واقع در آرژانتین و آزمایش IceCube در قطب جنوب که ذرات پرانرژی را نیز مطالعه می‌کنند، هیچ مدرکی برای حمایت از این ایده پیدا نکرده‌اند. ویسل در مطالعه‌ای که در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شد، توضیح داد: «شار چنین نوترینوهایی باید توسط این ابزارهای دیگر شناسایی می‌شد.» او افزود که عدم وجود داده‌های تأییدکننده از سایر آشکارسازها، فرضیه را بیشتر به چالش می‌کشد.

چشم‌انداز آینده

جستجو برای یافتن پاسخ‌ها ادامه دارد و دانشمندان اکنون توجه خود را به فناوری‌های پیشرفته‌تر شناسایی معطوف کرده‌اند. Pueo، یک آشکارساز جدید که در حال حاضر در دانشگاه ایالتی پن (Penn State University) در دست ساخت است، انتظار می‌رود مشاهدات دقیق‌تری را ارائه دهد و درک بهتری از این ناهنجاری‌ها به دست دهد. این ابزار جدید که برای مطالعه ذرات فوق‌العاده پرانرژی طراحی شده است، می‌تواند کلید حل معمای پالس‌های رادیویی (radio pulses) عجیب باشد.

در حالی که سیگنال‌های غیرعادی شناسایی‌شده توسط ANITA به نظر نمی‌رسد به طور مرتب در مدل‌های موجود فیزیک ذرات جای بگیرند، اما ممکن است در نهایت به کشف‌های جدید و پیشگامانه اشاره کنند. همانطور که ویسل و تیمش به کار خود ادامه می‌دهند، آن‌ها امیدوارند که Pueo به روشن شدن ماهیت این سیگنال‌های مرموز کمک کند و شاید نگاهی اجمالی به جنبه‌های ناشناخته‌ی جهان ارائه دهد.

منبع