Les impulsions radio inhabituelles ont été détectées par l’expérience d’antenne transitoire impulsive antarctique (ANITA), une gamme d’instruments pilotés sur des ballons de la NASA au-dessus de l’Antarctique qui sont conçus pour détecter les ondes radio à partir de rayons cosmiques frappant l’atmosphère. Le but de l’expérience est de mieux comprendre les événements cosmiques éloignés en analysant des signaux qui atteignent la Terre. Plutôt que de réfléchir sur la glace, les signaux radio semblent provenir de sous l’horizon, une orientation qui ne peut pas être expliquée par la compréhension actuelle de la physique des particules et peut faire allusion à de nouveaux types de particules ou d’interactions auparavant inconnus de la science.
« Les ondes radio que nous avons détectées étaient à des angles vraiment raides, comme 30 degrés sous la surface de la glace », a déclaré le Dr Stephanie Wissel, physicien à Penn State.
« Selon nos calculs, le signal anormal a dû passer et interagir avec des milliers de kilomètres de roche avant d’atteindre le détecteur, ce qui aurait dû laisser le signal radio indétectable car il aurait été absorbé dans la roche. »
« C’est un problème intéressant parce que nous n’avons toujours pas d’explication à ce que sont ces anomalies, mais ce que nous savons, c’est qu’ils ne représentent probablement pas les neutrinos. »
Habituellement émis par des sources à haute énergie comme le soleil ou les principaux événements cosmiques comme les supernovas ou même le Big Bang, il y a des signaux de neutrinos partout.
Le problème avec ces particules, cependant, est qu’ils sont notoirement difficiles à détecter.
« Vous avez un milliard de neutrinos passant par votre miniature à tout moment, mais les neutrinos n’interagissent pas vraiment », a déclaré le Dr Wissel.
« Donc, c’est le problème de l’épée à double tranchant. Si nous les détectons, cela signifie qu’ils ont voyagé tout ce chemin sans interagir avec autre chose. »
«Nous pourrions détecter un neutrino provenant du bord de l’univers observable.»
« Une fois détectés et retracés à leur source, ces particules peuvent en révéler plus sur les événements cosmiques que même les télescopes les plus puissants, car les particules peuvent voyager sans être perturbées et presque aussi rapides que la vitesse de la lumière, donnant des indices sur les événements cosmiques qui se sont produits à des années-lumière. »
«Des équipes de chercheurs du monde entier ont travaillé à la conception et à la construction de détecteurs spéciaux pour capturer des signaux de neutrinos sensibles, même en quantités relativement petites.»
« Même un petit signal d’un neutrinos détient un trésor d’informations, donc toutes les données ont une signification. »
« Nous utilisons des détecteurs radio pour essayer de construire vraiment, de très grands télescopes de neutrinos afin que nous puissions aller après un taux d’événement attendu assez faible. »
Anita est l’un de ces détecteurs, et il a été placé en Antarctique car il y a peu de chances d’interférence des autres signaux.
Pour capturer les signaux d’émission, le détecteur de radio transmis par ballon est envoyé pour survoler des tronçons de glace, capturant ce qu’on appelle des averses de glace.
« Nous avons ces antennes radio sur un ballon qui vole à 40 km au-dessus de la glace en Antarctique », a déclaré le Dr Wissel.
« Nous pointes nos antennes vers le bas sur la glace et recherchons des neutrinos qui interagissent dans la glace, produisant des émissions radio que nous pouvons alors ressentir sur nos détecteurs. »
Ces neutrinos spéciaux interagissant sur la glace, appelés neutrinos tau, produisent une particule secondaire appelée tau lepton qui est libérée hors de la glace et se désintègre, le terme physique faisant référence à la façon dont la particule perd de l’énergie lorsqu’elle se déplace sur l’espace et se décompose en ses constituants. Cela produit des émissions appelées averses aériennes.
« S’ils étaient visibles à l’œil nu, les averses d’air peuvent ressembler à un cierge magique agitée dans une direction, avec des étincelles qui le suivent », a déclaré le Dr Wissel.
«Nous pouvons faire la distinction entre les deux signaux – les averses de glace et d’air – pour déterminer les attributs sur la particule qui a créé le signal.»
«Ces signaux peuvent ensuite être retracés à leur origine, semblable à la façon dont une balle lancée à un angle rebondira de manière prévisible au même angle.»
Les récentes découvertes anormales, cependant, ne peuvent pas être retracées de manière à ce que l’angle est beaucoup plus net que les modèles existants ne le prédisent.
En analysant les données collectées à partir de plusieurs vols Anita et en la comparant avec des modèles mathématiques et des simulations étendues à la fois des rayons cosmiques réguliers et des douches d’air à la hausse, les chercheurs ont pu filtrer le bruit de fond et éliminer la possibilité d’autres signaux connues basés sur des particules.
Les scientifiques ont ensuite transmis des signaux référencés d’autres détecteurs indépendants comme l’expérience ICECUBE et l’Observatoire de Pierre Auger pour voir si les données des averses d’air à la hausse, similaires à celles trouvées par Anita, ont été capturées par d’autres expériences.
L’analyse a révélé que les autres détecteurs n’avaient rien enregistré qui aurait pu expliquer ce que Anita a détecté, ce qui a conduit les auteurs à décrire le signal comme anormal, ce qui signifie que les particules provoquant le signal ne sont pas des neutrinos.
Les signaux ne correspondent pas à l’image standard de la physique des particules, et bien que plusieurs théories suggèrent que cela peut être un soupçon de matière noire, le manque d’observations de suivi avec ICECUBE et Auger a vraiment rétréci les possibilités.
« Notre équipe conçoit et construit actuellement le prochain grand détecteur », a déclaré le Dr Wissel.
« Le nouveau détecteur, appelé Pueo, sera plus grand et mieux pour détecter les signaux de neutrinos, et il est à espérer en lumière ce qu’est exactement le signal anormal. »
« Je suppose que certains effets de propagation radio intéressants se produisent près de la glace et aussi près de l’horizon que je ne comprends pas complètement, mais nous avons certainement exploré plusieurs d’entre eux, et nous n’avons pas encore été en mesure de trouver aucun d’entre eux. »
« Donc, en ce moment, c’est l’un de ces mystères de longue date, et je suis ravi que lorsque nous piloterons Pueo, nous aurons une meilleure sensibilité. »
« En principe, nous devrions ramasser plus d’anomalies, et peut-être que nous comprendrons réellement ce qu’ils sont. »
«Nous pourrions également détecter les neutrinos, ce qui serait à certains égards beaucoup plus excitant.»
Cet article est basé sur une libération de presse fournie par Penn State.
