Deeltjes die zijn waargenomen door een grote ballon boven Antarctica kunnen mogelijk niet verklaard worden door onze huidige kennis van de fysica, zo luidt de conclusie van een diepgaande analyse. Nu begint de uitdaging om uit te zoeken wat deze deeltjes zijn.
Onderzoekers van NASA vonden twee keer, eerst in 2006 en later in 2014, een nogal vreemd signaal. Het signaal was afkomstig van de Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), een ballon uitgerust met een deeltjesdetector. Ze vonden bewijs voor deeltjes met hoge energie die arriveerden onder een hoek die suggereerde dat ze zojuist ongestoord door de planeet waren gevlogen.
Een nieuwe analyse heeft nu de best mogelijke verklaring voor deze deeltjes uitgesloten. Dat betekent dat de deeltjes misschien een teken zijn van fysica buiten het standaardmodel, onze huidige beschrijving van de deeltjes en krachten in het universum.
De twee door ANITA gevonden deeltjes hebben een belachelijk hoge energie voor hun kleine formaat, namelijk 0,6 en 0,56 exaelektronvolt (een exaelektronvolt is een miljard miljard elektronvolt). Een van de ideeën is dat de deeltjes neutrino’s waren. We weten dat neutrino’s door andere materie heen kunnen gaan. Maar met zoveel energie zouden deze neutrino’s een interactie moeten hebben gehad met de deeltjes binnenin de aarde. In plaats daarvan zijn ze met gemak door duizenden kilometers planeet gezoefd.
Exotische fysica
Stel nu dat een neutrino met extreem hoge energie tóch op de een of andere manier ongedeerd door de aarde zou zijn gegaan. In dat geval moet het deeltje van een of ander punt in de ruimte zijn gekomen. Dit kan bijvoorbeeld een ver sterrenstelsel zijn dat neutrino’s versnelt en deze kant op stuurt. Gelukkig is er een manier om dit te checken.
Natuurkundige Alex Pizzuto van de Universiteit van Wisconsin-MadisonPizzuto werkt met zijn collega’s in het IceCube Neutrino Observatory. Dit is een gelijktijdig, maar losstaand experiment op Antarctica, dat een grotere variatie aan neutrino’s kan detecteren – inclusief varianten met minder energie. Die varianten zouden de aarde moeten hebben bereikt rond de tijd van de onverklaarbare metingen van ANITA, als een bron in de ruimte inderdaad verantwoordelijk was voor de gevonden deeltjes.
Het team is net klaar met door jaren van data ploegen, op zoek naar bewijs voor zulk soort signalen. Ze zijn niets tegengekomen, wat betekent dat de hoge-energie-waarnemingen van ANITA nu nog moeilijker te verklaren zijn.
‘We hebben nu alleen nog de meeste spannende en de meest saaie mogelijkheden over’, zegt Ibrahim Safa, die ook werkt bij IceCube. ANITA heeft ofwel een teken gevonden van exotische fysica, ofwel er is bij de metingen van de detector iets misgegaan wat iedereen tot nu toe over het hoofd heeft gezien.
Wachten op de update
Deeltjesfysicus Stefan Söldner-Rembold van de Universiteit van Manchester, is er redelijk zeker van dat het deeltje niet uit een ander sterrenstelsel is gekomen. ‘Of het nu nieuwe fysica is of een proces dat we nog niet hebben begrepen, dit is heel interessant’, zegt hij.
Fysici wachten op een update van het ANITA-team, die later dit jaar gepubliceerd gaat worden. Daarin staat elke afwijkende meting tijdens de vierde en meest recente vlucht (2016) van de ballon beschreven. Dit overzicht kan data bevatten over andere hoge-energie-waarnemingen die kunnen helpen om het mysterie te ontrafelen.
Te vroeg voor antwoorden
Ondertussen gaan er genoeg theorieën rond over wat de raadselachtige deeltjes zouden kunnen zijn, als ze inderdaad buiten het standaard model vallen. Astronoom Derek Fox van de Pennsylvania State University suggereerde eerder al dat het stau-neutrino’s zouden kunnen zijn, een zwaardere ‘supervorm’ van het tau-neutrino. Dit zou passen binnen de theorie van de supersymmetrie, een theorie die zegt dat alle fundamentele deeltjes een veel zwaardere tegenhanger hebben.
Anderen beweren dat de ANITA-waarnemingen ook een teken kunnen zijn van donkere materie of steriele neutrino’s – neutrino’s die nóg minder interactie hebben met materie dan ‘gewone’ neutrino’s.
Pizzuto durft er niet op te wedden dat er nieuwe fysica uit het mysterie zal komen. ‘Ik wil nog niet kiezen voor één specifiek model’, zegt hij. ‘Ik denk dat het nog te vroeg is om te zeggen wat ANITA is tegengekomen.’
