困扰物理学家的南极怪异中微子异常的新解释

科学家们对这项活动感到困惑，到目前为止，已有40篇论文给出了截然不同的答案。

弗吉尼亚理工大学物理学助理教授合着的一项新研究论文为南极洲最近发生的两个奇怪事件提供了新的解释-高能中微子似乎是自发地从地球上冒出来并向天空飞去。

这些异常发生在2016年和2018年，是科学家搜寻来自太空的超高能宇宙射线和中微子所发现的，所有这些都由安装在漂浮在南极上方约23英里的气球上的一系列无线电天线追踪到。中微子是非常小的粒子，它以多种方式产生，包括爆炸的恒星和伽马射线爆发。它们在宇宙中的任何地方都非常小，足以穿过几乎任何物体，从人到建筑物和地球本身。

南极洲的地图（左）和放大图（右），显示了两个由ANITA实验观察到的异常指向事件（用红点表示），覆盖有表面冰速（用紫色/蓝色表示）和500米表面高程等高线。顶部的红色圆点表示2018年记录的异常，而下面的红色圆点表示2016年记录的异常。根据Shoemaker的说法，这两个事件都发生在低地表冰速和高海拔1.86至2.17英里的地区。

这些事件是由科学家在南极的ANITA实验（这是2006年开始的南极脉冲瞬态天线的简称）中发现的。两次，ANITA科学家发现了模仿高能中微子的无线电信号，这些中微子似乎是按照自己的意愿从地面升起的。科学家们对这项活动仍然感到困惑，到目前为止，已有40篇论文给出了截然不同的答案-脉冲是中微子，它们不受阻碍地穿过地球的整个核心并从地下出来。脉冲是人们追捧已久的“第四”中微子，称为无菌中微子。怪地方神秘的“暗物质”；或这是粒子和/或天体物理学要求诺贝尔奖的一个完全未知的领域。

弗吉尼亚理工大学物理系的助理教授Ian Shoemaker和中微子物理中心的教授都有不同的，更简单的解释。鞋匠和几位同事在《冰川学年刊》上发表的最新论文中指出，异常并非来自中微子，而是来自太空的超高能宇宙射线的未翻转反射-错过了顶层冰-然后进入在地面上，撞击着深厚的压实雪，称为“ firn”。

鞋匠说：“我们认为地下烧成是罪魁祸首。”他补充说，“烧成是介于雪和冰川冰之间的东西。它是压实的雪，密度不足以致不能结冰。因此，您可以进行密度反转，范围从高密度变回低密度，以及那些至关重要的界面类型，在这些类型的界面中可以发生这种反射并可以解释这些事件。”

伊恩（Ian）鞋匠。

鞋匠由其前博士学位加入纸上。加州大学洛杉矶分校物理与天文学系的亚历山大·库森科（Alexander Kusenko）顾问；安德鲁·罗梅罗·沃尔夫（Andrew Romero-Wolf），ANITA小组成员，也是加州理工学院喷气推进实验室的研究员；和另外四位研究人员，其中包括两名冰川学家：斯坦福大学的达斯汀·史罗德（Dustin Shroeder）和伦敦帝国大学的马丁·西格特（Martin Siegert）。

称它为Occam剃刀的案例（这是一个有着数百年历史的理论，对于那些在大学期间不懂哲学的人来说，最简单的解决方案很可能是正确的解决方案），但是Shoemaker并没有屈服于ANITA。“无论ANITA发现什么，这都是非常有趣的，但这可能不是诺贝尔奖获得者的粒子物理学发现。”但是他并不否认所谓的异常现象没有科学依据。“ ANITA仍然可以发现有关冰川学的有趣东西，而不是粒子物理学，这可能是ANITA发现了一些不寻常的小冰川湖。”

鞋底匠和他的团队还考虑了冰川以下湖泊的思考。但是，根据目前的研究，这些位于地下深处的湖泊相隔太远，因此并不是最可能的解释。但是，如果湖泊比以前知道的更多，那么这项发现对于研究南极洲景观和内部的科学家将是一个巨大的胜利。Shoemaker和他的团队建议科学家有目的地将无线电信号发射到发生异常的区域。

鞋匠谈到南极洲的冰川湖时说：“我对它们一无所知，但它们确实存在。”“南极洲的冰层下有一些湖泊，这些湖泊具有适当的反射特性，但它们的传播范围还不够广泛。我们的想法是，来自宇宙射线的一部分无线电脉冲在反射之前可以深入到冰中，因此您可以进行反射而无需相位翻转。在那种情况下，如果不翻转波，它的确看起来像是中微子。”

鞋匠补充说：“当宇宙射线或中微子以非常高的能量穿过冰时，它们会散射到冰内部的物质，质子和电子上，并且它们可以发出一阵无线电波，这是科学家可以发现的巨大的无线电信号。看。问题在于这些信号具有中微子的无线电脉冲特性，但是所传播的信号似乎远超过已知物理学所能实现的。普通中微子就不是这样。但是，在这些能量下的宇宙射线是常见的现象，并且已经被许多许多实验所观察到。”

参考：Ian M. Shoemaker，Alexander Kusenko，Peter Kuipers Munneke，Andrew Romero-Wolf，Dustin M. Schroeder和Martin J. Siegert撰写的“对ANITA异常事件的反思：可能是对南极表面的解释”，2020年4月24日，Annals of冰川学
10.1017 / aog.2020.19