Vor etwas mehr als zehn Jahren begannen NASA-assoziierte Forscher, kosmische Strahlen zu beobachten, die von oben auf die Erde herabregneten. Während der Experimente in der Antarktis fanden Physiker etwas Unerklärliches, etwas, das alles, was wir über die Physik zu wissen glauben, verändern könnte.

Von Emma Fiala / The Mind Unleashed

Das Ballon-Experiment der Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) begann 2006, als der Ballon einen Monat lang über dem Eis der Antarktis schwebte. Mit Sensoren entdeckte ANITA hochenergetische Neutrinos, die mit der darunter liegenden Eisdecke wechselwirken.

Neutrinos sind insofern einzigartig, als sie keine Energie verlieren, da sie sich im ganzen Universum verteilen. Aus diesem Grund sind Neutrinos in der Lage, Menschen einen Einblick in die Weite des Universums zu geben, die sonst nicht verfügbar wären.

Laut Motherboard theoretisierte der sowjetische Physiker Gurgen Askaryan einmal, dass „wenn ein hochenergetisches Teilchen mit einem dichten dielektrischen Medium interagiert – einer Art von isolierendem Material, das keine Elektrizität leitet – es einen Schauer von sekundären geladenen Teilchen erzeugen würde, deren Strahlung von Standard-Radio-Antennen erkannt werden könnten. Diese Wechselwirkung, die heute als Askaryan-Effekt bekannt ist, erlaubt es Physikern, Teilchen zu entdecken, die kaum mit normaler Materie (wie Neutrinos) interagieren, indem sie ihre sekundären Effekte beobachten.“

Während der ANITA-Zeit in der Antarktis wurden „nach oben gerichtete kosmische Strahlen-ähnliche Ereignisse“ entdeckt. Die detektierten Strahlen hatten horizontale Polarisationsebenen, was nahelegt, dass sie nicht aus dem Weltraum stammen. Die Entdeckung dieser Ereignisse bedeutet, dass ein neuer Typ von Teilchen der Entdeckung durch hochentwickelte Teilchenbeschleuniger entgehen konnte, seit wir begonnen haben, hochentwickelte Teilchenbeschleuniger zu verwenden.

Dank des Standardmodells wussten Physiker, dass kosmische Strahlung die Erde erreichen und durchdringen kann. Nach dem Modell sollten diese Strahlen jedoch nicht den ganzen Weg durch unseren Planeten passieren können. Stammen die anomalen hochenergetischen Teilchen, die von ANITA gemessen werden, von der Erde selbst, oder sind sie tatsächlich durch sie hindurch?

Einige existierende Physikmodelle, die jenseits des Standardmodells existieren, beinhalten Theorien, dass die Wechselwirkungen zwischen kosmischer Strahlung und Eis tatsächlich schwarze Mikrolöcher erzeugen, die sich in kleine Dimensionen öffnen. ANITAs erste Mission hat die Schwarzen Löcher nicht entdeckt, aber sie hat den Askaryan-Effekt erkannt.

Letzte Woche veröffentlichte eine Gruppe von Forschern eine neue Theorie über die von ANITA gemessenen Strahlen. Die Gruppe, angeführt vom Physiker Derek Fox von der Pennsylvania State University, vermutet, dass ANITA möglicherweise Beweise für ein Teilchen gefunden hat, das völlig außerhalb des Standardmodells der Physik liegt.

Das Standardmodell war erfolgreich, solange wir es benutzen, aber es konnte nicht alles erklären. Zum Beispiel werden Dinge wie die Schwerkraft und die beschleunigte Expansion des Universums durch das Modell nicht ausreichend erklärt. Hier liegt die Physik jenseits des Standardmodells (BSM). Einige dieser Theorien beinhalten die Stringtheorie und zusätzliche Dimensionen.

Fox‘ Theorie beruht auf einer Art BSM namens Supersymmetrie. „Wir argumentieren, dass, wenn die ANITA-Ereignisse richtig interpretiert werden, sie etwas über das Standardmodell-Teilchen hinaus benötigen“, sagte Fox Motherboard. „Die wahrscheinlichen Eigenschaften des Teilchens scheinen in einigen supersymmetrischen Modellen zumindest in gewisser Weise mit den vorhergesagten Eigenschaften des Staus übereinzustimmen.“

Um bei diesen aufwärts gerichteten kosmischen Strahlen weiter ins Unbekannte vordringen zu können, müssen sie auch an anderen Orten beobachtet werden. Fox und seine Kollegen machten den ersten Schritt bei der Analyse der Daten des IceCube Neutrino Observatoriums in der Arktis. Trotz des Unterschieds in den Detektionssystemen wurden drei Ereignisse in den Daten identifiziert, die analog zu den von ANITA in der Antarktis beobachteten kosmischen Strahlen waren.

Fox‘ Theorie ist nur eine Interpretation der ANITA-Daten. Die vierte ANITA-Mission wurde 2016 gestartet und die Forscher hoffen, dass ihre Daten, sobald sie vollständig analysiert wurden, weitere Beispiele dieser ungewöhnlichen kosmischen Strahlung aufzeigen werden.

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