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根據(jù)一項(xiàng)基于“南極脈沖瞬變天線”（Antarctic Impulsive Transient Antenna，簡稱ANITA）探測數(shù)據(jù)的研究，南極地下傳出兩個(gè)神秘信號(hào)，讓科學(xué)家感到迷茫。下面我們就來具體了解一下這到底是怎么回事。
根據(jù)介紹，“南極脈沖瞬變天線”是一個(gè)搭載在高空氣球上的探測裝置，主要用于在40公里左右的高空，探測超高能中微子與南極冰層相互作用產(chǎn)生的無線電脈沖信號(hào)，而之所以選擇在南極，是因?yàn)槟抢锟諝夂溆指稍铮⑶一旧喜粫?huì)受到無線電噪聲的干擾。 其原理簡單來講就是，由于中微子極為微小，速度極快，并且不參與電磁相互作用，而引力對(duì)它們的影響也可以忽略不計(jì)（因?yàn)樗鼈冑|(zhì)量極為微小），因此在能量相對(duì)較低的情況下，來自宇宙深空的中微子基本上都可以直接穿過地球，不與任何地球物質(zhì)發(fā)生相互作用。 不過隨著能量的提升，中微子與地球物質(zhì)發(fā)生相互作用的概率也會(huì)不斷增大，所以對(duì)于那些能量極高的超高能中微子來講，當(dāng)它們剛剛接觸南極冰蓋之時(shí)，就有相對(duì)較高的概率與其中的物質(zhì)發(fā)生相互作用。
而這樣的情況一旦發(fā)生，就會(huì)產(chǎn)生能量極高的粒子簇，它們會(huì)以接近光速的速度穿過冰層，并激發(fā)出一種被稱為“阿斯卡萊恩輻射”（Askaryan radiation）的瞬時(shí)無線電脈沖信號(hào)。 在過去的日子里，“南極脈沖瞬變天線”已經(jīng)探測到了不少這樣的信號(hào)，然而科學(xué)家在對(duì)其進(jìn)行深入研究時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)神秘信號(hào)，為什么說它們“神秘”呢？答案就是：它們的方向不對(duì)——其他的信號(hào)都是“自上而下”，而它們卻是“自下而上”。  科學(xué)家通過分析探測到的無線電脈沖信號(hào)的極化特征、波形結(jié)構(gòu)以及在天線陣列中的到達(dá)時(shí)間差，結(jié)合南極冰層的電磁傳播特性，利用干涉測量和方向重建算法，反演出了信號(hào)的傳播方向。 在經(jīng)過反復(fù)核實(shí)之后，科學(xué)家確認(rèn)了這兩個(gè)信號(hào)是從南極地下傳出來的，也就是說，如果信號(hào)來自中微子，那它們就是中微子從地球內(nèi)部穿透地殼、冰層后向上飛出所激發(fā)出無線電脈沖信號(hào)。 據(jù)我們所知，地球內(nèi)部是不可能產(chǎn)生超高能中微子的，所以如果是中微子，那唯一的解釋就是，它們來自宇宙深空，從另一側(cè)進(jìn)入地球，然后再穿過地球，并最終從南極的地下飛出，而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，如果真是這樣，那它們就需要在地球內(nèi)部穿行6000至7000公里的距離。
但正如前文所言，中微子與地球物質(zhì)發(fā)生相互作用的概率會(huì)隨著能量的提升而不斷增大，而從理論上來講，能產(chǎn)生“阿斯卡萊恩輻射”的中微子，其能量需要達(dá)到EeV級(jí)別（eV即電子伏特，1EeV = 10^18eV），而這種能量的中微子，其在地球內(nèi)部的平均自由程僅為100公里左右。 而這也就意味著，能量如此之高的中微子，根本不可能在地球內(nèi)部穿行6000至7000公里的距離。但問題是，如果這兩個(gè)信號(hào)不是中微子產(chǎn)生的，又會(huì)是什么呢？ 實(shí)際上，這正是科學(xué)家感到迷茫的原因，因?yàn)檫@無法用現(xiàn)有的理論對(duì)進(jìn)其行合理的解釋，總的來講，我們可能真沒搞懂宇宙，或許宇宙中隱藏著某種我們未知的粒子，或者是一種尚未被發(fā)現(xiàn)的物理過程，甚至可能預(yù)示了現(xiàn)有理論之外的“新物理”。 就目前的情況來看，這是一個(gè)巨大的謎團(tuán)，不過相關(guān)的研究仍在進(jìn)行之中，期待在未來的日子里，科學(xué)家能有更多發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而揭開其中的奧秘。 |
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