Vor etwas mehr als zehn Jahren machten sich der NASA angegliederte Forscher auf den Weg, um die kosmischen Strahlen zu beobachten, die von oben auf die Erde niedergehen.
Während der Experimente in der Antarktis fanden die Physiker etwas Unerklärliches, etwas, das alles auf den Kopf stellen könnte, was wir über die Physik zu wissen glauben.
Das sogenannte Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) Ballonexperiment begann 2006, als der Ballon einen Monat lang über dem Eis der Antarktis schwebte. Mit ihren Sensoren entdeckte dieses mobile Forschungsantennensystem namens ANITA energiereiche Neutrinos, d.h. elektrisch neutrale Elementarteilchen mit sehr geringer Masse, die mit der darunterliegenden Eisdecke interagierten.
Neutrinos sind einzigartig, da sie keine Energie verlieren, während sie sich im ganzen Universum verbreiten. Aus diesem Grund sind Neutrinos in der Lage, den Menschen einen Einblick in Weiten des Universums zu gewähren, die ansonsten nicht verfügbar wären.
Der sowjetische Physiker Gurgen Askaryan hat einmal die Theorie aufgestellt, dass „wenn ein hochenergetisches Teilchen mit einem dichten dielektrischen Medium – einer Art Isoliermaterial, das keine Elektrizität leitet – in Wechselwirkung tritt, es einen Schauer sekundärer geladener Teilchen erzeugen würde, deren Strahlung von Standardfunkantennen erkannt werden kann”. Diese Wechselwirkung, die heute als Askaryan-Effekt bezeichnet wird, ermöglicht es Physikern, Teilchen zu entdecken, die kaum mit normaler Materie interagieren (wie etwa Neutrinos), indem sie ihre sekundären Effekte beobachten.
Während ANITAs Zeit in der Antarktis entdeckte die Antenne nie zuvor gesehene “aufwärts gerichtete kosmisch-strahlenartige Ereignisse”. Die entdeckten Strahlen hatten horizontale Polarisationsebenen, was darauf schließen lässt, dass sie nicht aus dem Weltraum stammen. Die Erfassung dieser Ereignisse bedeutet, dass eine neue Art von Teilchen der Erkennung durch hochentwickelte Teilchenbeschleuniger während der ganzen Zeit, seit wir mit dieser Technologie begonnen haben, entgangen sein könnte.
Dank des Standardmodells wissen Physiker, dass kosmische Strahlung die Erde erreichen und durchdringen kann. Dem Modell zufolge sollten diese Strahlen jedoch nicht den ganzen Weg bis zu unserem Planeten durchdringen können. Haben die anomalen Hochenergiepartikel, die von ANITA gemessen werden, also ihren Ursprung auf der Erde, oder gehen sie tatsächlich durch die Erde hindurch?
Einige bestehende physikalische Modelle neben dem Standardmodell beinhalten Theorien, dass die Wechselwirkungen zwischen kosmischer Strahlung und Eis tatsächlich kleine schwarze Löcher erzeugen, die sich in kleinen Dimensionen öffnen. Die erste Mission von ANITA hat die schwarzen Löcher nicht entdeckt, aber den Askaryan-Effekt.
Unlängst veröffentlichte eine Gruppe von Forschern eine neue Theorie über die von ANITA gemessenen Strahlen. Die Gruppe, angeführt von dem Physiker der Pennsylvania State Universität in den USA, Derek Fox, vermutet, dass ANITA Beweise für ein Teilchen gefunden hat, das vollständig außerhalb des Standardmodells der Physik liegt.
Das Standardmodell war die ganze Zeit erfolgreich, während wir es angewendet haben, aber es konnte nicht alles erklären. Dinge wie etwa die Schwerkraft und die sich beschleunigende Expansion des Universums werden durch das Modell nicht ausreichend erklärt. Da ist der Bereich der Physik jenseits des Standardmodells (BSM). Einige dieser Theorien beinhalten die Stringtheorie und zusätzliche Dimensionen.
Die Theorie von Fox beruht auf einer Art von BSM, das Supersymmetrie genannt wird. “Wir argumentieren, dass, wenn die ANITA-Ereignisse korrekt interpretiert werden, sie etwas anderes als das Standardmodell-Partikel benötigen”, sagte Fox. “Die wahrscheinlichen Eigenschaften des Teilchens scheinen zumindest in gewisser Weise mit den in einigen supersymmetrischen Modellen vorhergesagten Eigenschaften übereinzustimmen.”
Um hinsichtlich dieser nach oben gerichteten kosmischen Strahlen weiter in die Welt des noch Unbekannten eindringen zu können, muss man sie auch an anderen Orten beobachten. Fox und seine Kollegen machten den ersten Schritt bei der Analyse der Daten des IceCube Neutrino Observatory Beobachtungszentrums in der Arktis. Trotz der Unterschiede bei den Erfassungssysteme wurden in den Daten drei Ereignisse identifiziert, die analog zu den von ANITA beobachteten kosmischen Strahlen in der Antarktis waren.
Die Theorie von Fox ist nur eine der denkbaren Interpretation der ANITA-Daten. Die vierte ANITA-Mission wurde 2016 gestartet, und die Forscher hoffen, dass ihre Daten aus der Langzeitbeobachtung, sobald sie vollständig analysiert wurden, weitere Beispiele dieser ungewöhnlichen kosmischen Strahlung enthüllen werden.
Verweise:
- https://motherboard.vice.com/en_us/article/d3jdmk/mysterious-cosmic-rays-shooting-from-the-ground-in-antarctica-could-break-physics?utm_campaign=sharebutton
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.071101
- https://arxiv.org/abs/hep-ph/0112247
- https://www.symmetrymagazine.org/article/february-2005/beyond-the-standard-model
