رخدادهای غیرعادی آنیتا و فیزیک فرای مدل استاندارد

0 0 0 0

توسط آزاده کیوانی , 30 سپتامبر 2018

رصدخانه‌ی آنیتا^۱ در سال‌های ۲۰۰۶ و ۲۰۱۴ دو رخداد غیرعادی آشکار کرد که به تازگی مطالعات مختلفی در راستای توضیح این دو رخداد انجام شده است. آنیتا در پروازهای بالونی اول و سومش بر فراز آنتارکتیک^۲ این دو رخداد را ثبت کرده است. آنیتا به پالس‌های رادیویی گذرا در محدوده‌ی ۳۰ مگاهرتز تا ۱ گیگاهرتز ناشی از پرتوهای کیهانی بسیار پرانرژی^۳ حساس است. به طور معمول آنیتا آبشارهایی از پرتوهای کیهانی را رصد می‌کند که قطبش معکوس نسبت به میدان مغناطیسی زمین دارند. پرتوهای کیهانی بسیار پرانرژی که به جو زمین برخورد می‌کنند پالس رادیویی از خود ساطع می‌کنند که از یخ قطبی آنتارکتیک بازتاب شده و به بالون آنیتا که بر فراز آنتارکتیک در پرواز است می‌رسد. دو رخداد غیرعادی رصدشده، قطبش غیرمعکوس از خود نشان داده‌اند که با اثرات میدان مغناطیسی زمین برای یک آبشاری که مستقیما و بدون بازتاب بر روی یخ (توسط آنیتا) آشکار شده باشد، منطبق است. اما به خاطر ارتفاع بیش از ۳۰ کیلومتری پرواز آنیتا، مشاهده‌ی مستقیم آبشارهای پرتوهای کیهانی فقط در زوایای کوچک‌تر از ۶درجه نسبت به افق و بالای افق، ممکن است. تعداد اندکی از این رخدادها قبلا در داده‌های رصدخانه مشاهده شده است. اما این دو رخداد جدید، از زیر افق با زوایای سرسوی ۱۱۷ و ۱۲۵ درجه به آنیتا رسیده‌اند که غیرعادی محسوب می‌شوند. انرژی این دو رخداد حدود ۰.۶ EeV است.

دلایل مختلفی برای غیرعادی‌بودن این رخدادها وجود دارند. برای مثال انتظار نمی‌رود که هیچ ذره‌ی مدل استانداردی با چنین انرژی‌ای از داخل زمین عبور کند و به سمت دیگر آن برسد. در این مقاله، محققان نشان داده‌اند که مدل استاندارد فیزیک ذرات نمی‌تواند دو رخداد آشکارشده توسط رصدخانه‌ی آنیتا را توضیح دهد و استدلال می‌کنند که این پدیده‌ها می‌توانند فیزیکی فرای مدل استاندارد داشته باشند.

شکل ۱. نمودار فراوانی انباشته از انرژی‌های مشاهده‌شده‌ی ذره‌ی تاو که از تزریق نوترینوها در محدوده‌ی انرژی ۰.۱ تا ۱۰۰۰ EeV به دست آمده است. هر یک از نمودارها مربوط به یکی از دو رخداد غیرعادی آنیتا است. انرژی هر کدام از این دو رخداد با دایره‌ی مشکی روی نمودارها نشان داده شده است.

یکی از تست‌های انجام‌شده برای اثبات غیرعادی بودن این رخدادها، شبیه‌سازی نوترینوهای تاو است. در مسیر هر یک از دو رخداد غیرعادی، حدود ۱۰۰ میلیون نوترینو تاو شبیه‌سازی و تزریق شده است که از زمین عبور کرده و ذره‌ی تاو تولید می‌کنند. تعداد ذرات تاو تولید‌شده که از زمین خارج شده‌اند در نمودار شکل ۱ نشان داده شده‌ است. در هر انرژی، ذرات شبیه‌سازی‌شده مربوط به آن انرژی یا بیشتر در نظر گرفته شده‌اند. همان‌طور که در شکل ۱ نشان داده شده است، انرژی رخدادهای غیرعادی آنیتا بیشتر از شار پخشی نوترینو تاو است و درنتیجه نوترینو تاو امکان تولید ذره‌ای با انرژی رخدادهای غیرعادی آنیتا را ندارد.

علاوه بر داده‌های آنیتا، نویسندگان این مقاله از داده‌های رصدخانه‌ی آیس‌کیوب^۴ نیز استفاده کرده‌اند و استدلال می‌کنند که تعدادی از نوترینوهای پرانرژی آیس‌کیوب نیز که از سمت دیگر کره‌ی زمین به رصدخانه رسیده‌اند، از جنس ذرات غیرعادی مشاهده‌شده در آنیتا هستند و احتمالا از یک پدیده‌ (پرتوهای کیهانی برآینده از زمین) ناشی می‌شوند. وجود چنین پدیده‌ای نشان‌دهنده‌ی وجود ذرات فرای مدل استاندارد است. محققان این مقاله، سناریوهای نظری متفاوتی را بررسی می‌کنند که برای دانستن از جزییات آن‌ها می‌توانید به مقاله‌ی اصلی رجوع کنید. داده‌های بیشتری برای اثبات یا رد ادعای این مقاله لازم است و جستجوهای مشابه توسط آزمایش‌های بالونی، مانند داده‌های پرواز چهارم آنیتا به این موضوع کمک بسیاری خواهند کرد. آزمایش‌های فضایی مانند جم‌یوسو^۵ نیز می‌تواند داده‌های زیادی بگیرد، هرچند محدوده‌ی انرژی این جستجو پایین‌تر از مقدار نیاز برای پدیده‌ی مورد نظر است.