Model fisika partikel terbaik kami meledak di lapisan-lapisannya karena berusaha menahan semua keanehan di alam semesta. Sekarang, tampaknya lebih mungkin daripada sebelumnya bahwa itu akan muncul, berkat serangkaian peristiwa aneh di Antartika ...
Kematian paradigma fisika yang berkuasa ini, Model Standar, telah diprediksi selama beberapa dekade. Ada petunjuk tentang masalah dalam fisika yang sudah kita miliki. Hasil yang aneh dari percobaan laboratorium menunjukkan kerlap-kerlip spesies baru neutrino yang hantu di luar ketiganya yang dijelaskan dalam Model Standar. Dan alam semesta tampak penuh dengan materi gelap yang tidak bisa dijelaskan oleh partikel dalam Model Standar.
Tapi bukti menggoda baru-baru ini mungkin suatu hari mengikat untaian data yang tidak jelas bersama-sama: Tiga kali sejak 2016, partikel berenergi sangat tinggi meledak melalui es Antartika, memicu detektor dalam eksperimen Antena Antena Transien Antena Antartika (ANITA), sebuah mesin menggantung dari balon NASA jauh di atas permukaan beku.
Seperti yang dilaporkan Live Science pada tahun 2018, peristiwa-peristiwa tersebut - bersama dengan beberapa partikel tambahan yang terdeteksi kemudian di IceCube observatory neutrino yang terkubur - tidak cocok dengan perilaku yang diharapkan dari setiap partikel Model Standar. Partikel-partikel itu terlihat seperti neutrino berenergi sangat tinggi. Tapi neutrino berenergi sangat tinggi seharusnya tidak bisa melewati Bumi. Itu menunjukkan bahwa beberapa jenis partikel lain - partikel yang belum pernah terlihat sebelumnya - melemparkan dirinya ke langit selatan yang dingin.
Sekarang, dalam sebuah makalah baru, tim fisikawan yang bekerja di IceCube telah meragukan salah satu penjelasan Model Standar yang tersisa untuk partikel-partikel ini: akselerator kosmik, senjata neutrino raksasa bersembunyi di ruang angkasa yang secara berkala akan menembakkan peluru neutrino yang intens di Bumi. Kumpulan senjata neutrino yang hiperaktif di suatu tempat di langit utara kita bisa meledakkan cukup banyak neutrino ke Bumi sehingga kita akan mendeteksi partikel yang menembak dari ujung selatan planet kita. Tetapi para peneliti IceCube tidak menemukan bukti koleksi itu di luar sana, yang menunjukkan fisika baru harus diperlukan untuk menjelaskan partikel misterius.
Untuk memahami alasannya, penting untuk mengetahui mengapa partikel misteri ini begitu meresahkan bagi Model Standar.
Neutrino adalah partikel terkecil yang kita ketahui; mereka sulit dideteksi dan hampir tanpa massa. Mereka melewati planet kita sepanjang waktu - sebagian besar datang dari matahari dan jarang, jika pernah, bertabrakan dengan proton, neutron dan elektron yang membentuk tubuh kita dan kotoran di bawah kaki kita.
Tetapi neutrino berenergi sangat tinggi dari luar angkasa berbeda dari sepupu berenergi rendah. Jauh lebih jarang daripada neutrino berenergi rendah, mereka memiliki "penampang" yang lebih luas, yang berarti mereka lebih cenderung bertabrakan dengan partikel lain ketika mereka melewatinya. Peluang neutrino berenergi sangat-tinggi yang menjadikannya utuh melalui Bumi sangat rendah sehingga Anda tidak akan pernah berharap untuk mendeteksinya terjadi. Itulah sebabnya deteksi ANITA sangat mengejutkan: Seolah-olah instrumen tersebut telah memenangkan lotre dua kali, dan IceCube telah memenangkannya beberapa kali lebih banyak segera setelah mulai membeli tiket.
Dan fisikawan tahu berapa banyak tiket lotre yang harus mereka kerjakan. Banyak neutrino kosmik berenergi sangat tinggi berasal dari interaksi sinar kosmik dengan latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB), cahaya pijar yang samar dari Big Bang. Sesekali, sinar kosmik itu berinteraksi dengan CMB dengan cara yang tepat untuk menembakkan partikel berenergi tinggi ke Bumi. Ini disebut "fluks," dan itu sama di seluruh langit. Baik ANITA dan IceCube telah mengukur seperti apa fluks neutrino kosmik pada masing-masing sensor mereka, dan itu hanya tidak menghasilkan cukup neutrino berenergi tinggi yang Anda harapkan untuk mendeteksi neutrino yang terbang keluar dari Bumi pada kedua detektor bahkan sekali .
"Jika peristiwa yang terdeteksi oleh ANITA termasuk dalam komponen neutrino difus ini, ANITA seharusnya mengukur banyak peristiwa lain di sudut ketinggian lainnya," kata Anastasia Barbano, seorang ahli fisika Universitas Jenewa yang bekerja di IceCube.
Namun secara teori, mungkin ada sumber neutrino berenergi sangat tinggi di luar fluks selebar langit, kata Barbano kepada Live Science: senjata neutrino itu, atau akselerator kosmik.
"Jika itu bukan masalah neutrino yang dihasilkan oleh interaksi sinar kosmik energi ultra-tinggi dengan CMB, maka peristiwa yang diamati dapat berupa neutrino yang diproduksi oleh akselerator kosmik individu dalam interval waktu tertentu" atau sumber Bumi yang tidak diketahui, Kata Barbano.
Blazars, nukleus galaksi aktif, semburan sinar gamma, galaksi starburst, merger galaksi, dan bintang neutron yang termagnetisasi dan berputar cepat adalah kandidat yang baik untuk jenis akselerator tersebut, katanya. Dan kita tahu bahwa akselerator neutrino kosmik memang ada di ruang angkasa; pada tahun 2018, IceCube melacak neutrino berenergi tinggi kembali ke sebuah blazar, semburan partikel kuat yang berasal dari lubang hitam aktif di pusat galaksi yang jauh.
ANITA hanya mengambil neutrino berenergi tinggi yang paling ekstrem, kata Barbano, dan jika partikel yang terbang ke atas adalah neutrino yang didorong oleh akselerator-akselerator dari Model Standar - kemungkinan besar tau neutrino - maka balok seharusnya datang dengan hujan yang lebih rendah Partikel -energi yang akan menjatuhkan detektor berenergi rendah IceCube.
"Kami mencari peristiwa dalam tujuh tahun data IceCube," kata Barbano - peristiwa yang sesuai dengan sudut dan panjang deteksi ANITA, yang Anda harapkan untuk menemukan jika ada baterai signifikan senjata neutrino kosmik di luar sana yang menembaki Bumi untuk menghasilkan partikel yang naik ini. Tapi tidak ada yang muncul.
Hasilnya tidak sepenuhnya menghilangkan kemungkinan sumber akselerator di luar sana. Tapi mereka "sangat membatasi" berbagai kemungkinan, menghilangkan semua skenario yang paling masuk akal yang melibatkan akselerator kosmik dan banyak yang kurang masuk akal.
"Pesan yang ingin kami sampaikan kepada publik adalah bahwa penjelasan astrofisika Model Standar tidak berfungsi tidak peduli bagaimana Anda mengirisnya," kata Barbano.
Para peneliti tidak tahu apa yang akan terjadi selanjutnya. Baik ANITA maupun IceCube bukanlah detektor yang ideal untuk pencarian tindak lanjut yang diperlukan, kata Barbano, meninggalkan para peneliti dengan sangat sedikit data yang menjadi dasar asumsi mereka tentang partikel misterius ini. Ini seperti mencoba mencari gambar pada puzzle raksasa hanya dari beberapa potong.
Saat ini, banyak kemungkinan tampaknya sesuai dengan data yang terbatas, termasuk spesies keempat dari neutrino "steril" di luar Model Standar dan berbagai jenis materi gelap berteori. Salah satu dari penjelasan ini adalah revolusioner. Namun, belum ada yang sangat disukai.
"Kita harus menunggu generasi pendeteksi neutrino berikutnya," kata Barbano.
