南极洲的一处宇宙粒子探测器发出了一系列违反当前粒子物理学认知的异常信号。据宾夕法尼亚州立大学等国际研究团队透露，这些异常射电脉冲由南极瞬态脉冲天线（ANITA）项目探测捕获。该项目通过部署在南极洲高空气球上的仪器阵列，专门捕捉宇宙射线撞击大气层时释放的射电波。
团队表示，该实验旨在通过分析抵达地球的信号深入探究遥远宇宙事件。这些信号（一种无线电波形式）并非冰面反射产生，而是源自地平线下方——这种方向无法用当前粒子物理学理论解释，可能暗示科学界此前未知的新型粒子或相互作用。
研究人员将成果发表于《物理评论快报》期刊。
"我们探测到的无线电波入射角度极为陡峭，低于冰面约30度，"参与ANITA团队搜寻神秘粒子中微子信号的物理学、天文学与天体物理学副教授斯蒂芬妮·维塞尔指出。
她解释道，根据计算，异常信号在抵达探测器前必须穿透并与数千公里厚的岩层相互作用，本应因被岩石吸收而无法探测。
"这是个耐人寻味的问题，因为我们仍未对这些异常现象做出合理解释。但可以确定的是，它们极可能不代表中微子，"维塞尔表示。
中微子作为电中性且质量最小的亚原子粒子，在宇宙中广泛存在。这类粒子通常由太阳等高能量源或超新星乃至宇宙大爆炸等重大天文事件释放，其信号遍布各处。维塞尔解释称，该粒子的特殊之处在于其探测难度极高。
"每秒钟有十亿中微子穿过你的指甲盖，但中微子几乎不发生相互作用。"她阐述道，"这形成双刃剑难题：若能探测到，说明它们穿越漫长距离却未与其他物质作用。我们可能正探测来自可观测宇宙边缘的中微子。"
维塞尔补充说，这些粒子能以近乎光速毫发无损地穿越宇宙，一旦被探测并溯源，便能揭示比最强望远镜更丰富的宇宙事件信息，为光年之外的宇宙活动提供线索。
维塞尔与全球研究团队致力于设计建造特殊探测器，以捕捉即便微弱的敏感中微子信号。她强调即使是单个中微子信号也蕴含宝贵信息，所有数据皆具科研价值。
"我们运用无线电探测器构建超大型中微子望远镜，以追踪极低概率事件，"曾设计南极与南美中微子探测实验的维塞尔说明道。
ANITA正是此类探测器之一。选址南极因其受其他信号干扰概率极低。为捕获辐射信号，这个球载无线电探测器在冰原上空飞行，捕捉所谓"冰簇射"现象。
"无线电天线搭载于南极冰面上空40千米的气球，"维塞尔描述道，"天线指向冰层，搜寻在冰中相互作用产生无线电辐射的中微子，再由探测器接收信号。"
这类与冰相互作用的特殊中微子（陶中微子）会产生名为陶轻子的次级粒子。该粒子穿出冰层后发生衰变（粒子物理学中指粒子在空间传播时能量衰减并分解为组分的过程），由此产生称为"大气簇射"的辐射。
维塞尔解释，若肉眼可见，大气簇射会呈现如单向挥舞烟花棒般火花拖尾的形态。研究人员通过区分冰簇射与大气簇射两种信号，可解析产生信号的粒子属性。
"如同按固定角度抛出的球体会以相同角度反弹，这些信号可追溯至起源点，"维塞尔说。但最新异常发现因其角度远超现有模型预测而无法溯源。
通过分析多次ANITA飞行数据，结合数学模型与常规宇宙射线及上行大气簇射的广泛模拟，研究者成功滤除背景噪声并排除了其他已知粒子信号的可能性。
团队交叉比对冰立方实验与皮埃尔·奥热天文台等独立探测器的信号，验证其他实验是否捕获到类似ANITA发现的上行大气簇射数据。
维塞尔指出，分析表明其他探测器未记录到能解释ANITA现象的信号，故研究团队将其定义为"异常"信号——意味着产生信号的粒子并非中微子。该信号不符合粒子物理学标准模型框架，虽有多项理论推测其或与暗物质相关，但因冰立方与奥热天文台均未观测到后续信号，大大缩小了可能性范围。
维塞尔说明宾州州立大学从事中微子探测器建造与信号分析近十年，其团队正设计新一代大型探测器PUEO。该设备规模更大、探测能力更强，有望揭示异常信号的本质。
"我推测冰层与地平线附近存在尚未完全理解的奇特无线电传播效应，"维塞尔表示，"尽管已深入探索多种可能性，目前仍未得出合理解释。这仍是悬而未解的长期谜题，我对PUEO的升空充满期待——其更高灵敏度将捕获更多异常信号，或最终破解谜团。若能探测到中微子，某种意义上将更令人振奋。"
论文合著者包括宾州州立大学物理学博士生安德鲁·泽奥拉。该校科研团队获得美国能源部与国家科学基金会资助，完整合作者及作者名单详见论文。