一个由宾夕法尼亚州立大学等机构科学家组成的国际研究小组发现，南极洲的宇宙粒子探测器发出了一系列违背当前粒子物理学认知的异常信号。这些异常的无线电脉冲由南极瞬态脉冲天线（ANITA）实验项目探测到——该项目通过悬浮在南极洲高空的系留气球阵列，专门探测宇宙射线撞击大气层时产生的无线电波。
该团队表示，此次实验旨在通过分析到达地球的信号，深入了解遥远的宇宙事件。这些信号——一种无线电波形式——并非由冰层反射，似乎来自地平线以下。这一方向无法用当前粒子物理学的认知来解释，可能暗示着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在《物理评论快报》期刊上。
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·威塞尔表示："我们探测到的无线电波以极陡峭角度抵达，例如冰面下30度。"
她解释道，根据计算，该异常信号在抵达探测器前必须穿越并与数千公里岩层相互作用，本应因被岩层吸收而无法探测到无线电信号。
威塞尔表示："这是个有趣的问题，因为我们至今仍无法真正解释这些异常现象的性质。但可以确定的是，它们极可能不代表中微子。"
中微子作为零电荷且质量最轻的亚原子粒子，在宇宙中大量存在。威塞尔解释说，这类粒子通常由太阳等高能源或超新星乃至宇宙大爆炸等重大宇宙事件释放，中微子信号无处不在。然而问题在于，这类粒子 notoriously（众所周知）难以探测。
她表示："每时每刻都有十亿个中微子穿过你的拇指甲，但中微子几乎不发生相互作用。这就是双刃剑问题——如果我们能探测到，说明它们穿越漫漫长途却未与其他物质发生作用。我们探测到的可能是来自可观测宇宙边缘的中微子。"
威塞尔补充道，一旦探测到这些粒子并追溯其来源，它们比最强力的望远镜更能揭示宇宙事件奥秘：中微子能以近光速无干扰传播，为光年之外的宇宙事件提供线索。
威塞尔与全球研究团队正致力设计建造专用探测器，以捕捉敏感的中微子信号，即使是微弱信号。她强调，来自中微子的微小信号都蕴含宝贵信息，所有数据皆具价值。
在南极和南美设计中微子探测实验的威塞尔表示："我们使用无线电探测器构建超大中微子望远镜，以追踪极低预期事件率。"
ANITA正是此类探测器之一，因其几乎不受其他信号干扰而被安置在南极洲。为捕捉辐射信号，这个气球搭载的无线电探测器在冰原上空飞行，捕获所谓的冰簇射现象。
威塞尔说明："我们将无线电天线安装在气球上，于南极洲40公里高空飞行。天线指向下方冰层，搜寻在冰中相互作用产生无线电辐射的中微子，探测器便能感知这些信号。"
这类与冰相互作用的特殊中微子称为陶子中微子，它们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——物理学术语指粒子在空间传播时损失能量并分解为组分粒子。此过程产生名为空气簇射的辐射。
威塞尔解释，若肉眼可见，空气簇射如同单向挥舞的烟花棒，火花拖曳其后。研究人员能区分冰簇射与空气簇射信号，从而判定产生信号的粒子属性。
威塞尔指出，这些信号可追溯其起源，类似以特定角度抛出的球体会按相同角度反弹的原理。然而最近的异常发现无法如此追溯，因其角度比现有模型预测的尖锐得多。
通过分析多次ANITA飞行数据，并将其与常规宇宙射线及上行空气簇射的数学模型和广泛模拟进行比对，研究人员得以滤除背景噪声，排除其他已知粒子信号的可能性。
研究团队还交叉比对了冰立方实验和皮埃尔·俄歇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发现的上行空气簇射数据。
威塞尔解释，分析表明其他探测器未记录到可解释ANITA探测结果的信号，故研究团队将该信号描述为"异常"，意味引发信号的粒子并非中微子。她表示，这些信号不符合粒子物理学的标准图景。虽有若干理论推测其可能暗指暗物质，但冰立方与俄歇天文台缺乏后续观测数据，极大限制了可能性范围。
威塞尔说明宾夕法尼亚州立大学建造探测器并分析中微子信号已近十年，其团队正设计建造下一代大型探测器。这款名为PUEO的新型探测器将具备更大规模与更优的中微子信号探测能力，有望揭示异常信号的本质。
威塞尔表示："我推测冰层附近及地平线区域存在某种尚未完全理解的无线电传播效应。我们已深入探究多种可能性，但至今仍未找到合理解释。因此目前这仍是长期未解之谜。令我振奋的是，PUEO升空时将具备更高灵敏度。理论上我们应能捕获更多异常现象，或许最终能破解其本质。当然探测到中微子在某些方面会更令人激动。"
论文合著者包括宾夕法尼亚州立大学物理学博士生安德鲁·泽奥拉。该校科学家的研究由美国能源部和国家科学基金会资助。论文载有全部合作者与作者名单。