Etelämantereen jäätyneestä maaperästä nousee kosmista säteilyä, joka on saanut tutkijat hämmentyneeksi ja innostuneeksi samaan aikaan.

Hämmentyneitä tutkijat ovat siksi, että hiukkafysiikan standardimallin hiukkasilla ei pystytä selittämään (ainakin näennäisesti) planeettamme läpi porautuneita hiukkasia.

Kosminen säteily koostuu nimittäin suurienergisistä avaruuden halki matkanneista hiukkasista, eikä tällaisten hiukkasten pitäisi pystyä kulkemaan planeettamme läpi törmäämättä mihinkään. Nyt näin on kuitenkin havaittu tapahtuvan – toistuvasti.

Matalaenergisten neutriinojen toki tiedetään kulkevan aineen läpi muuttumattomana, mutta neutriinoista ei tutkijoiden mukaan ole kyse.

Innostuneita hiukkasfyysikot ovat puolestaan siksi, että havainto voi tarkoittaa hiukkasfysiikan standardimallin olevan riittämätön selittämään kaikkia maailmankaikkeuden ilmiöitä. Havainto voi johtaa uuden standardimallin kehitykseen ja jopa pimeän aineen hiukkasten havaitsemiseen.

Etelämantereesta nousevat hiukkaset kuuluvat standardimalliin alle 1:3 500 000 todennäköisyydellä.

Etelämantereesta nousevaa suurienergistä säteilyä havaittiin Nasan kosmista säteilyä havaitsevalla Anita-mittalaitteella (Antarctic Impulsive Transient Antenna ) ensimmäisen kerran maaliskuussa 2016.

Antarctic Impulsive Transient -antenni (ANITA) havaitsee kosmisia neutriinoja Etelämantereella. (Australian Antarctic Division)


Penn Staten yliopiston hiukkasfyysikot Derek Fox ja Steinn Sigurdsson raportoivat nyt, että Maasta kumpuavaa kosmista säteilyä on havaittu myös Etelämantereen IceCube-neutriino-observatoriossa. Tutkimuksesta uutisoi Live Science -sivusto.

Yhdistettyään Anitan ja IceCuben keräämän aineiston tutkijat laskivat, että Etelämantereesta nousevat hiukkaset selittyvät standardimallilla alle 1:3 500 000 todennäköisyydellä.

Live Sciencen haastattelemat asiantuntijat, jotka eivät olleet mukana tutkimuksessa, kertovat, että tutkimus tarjoaa vankkaa – joskin vaillinaista – näyttöä siitä, että mittalaitteet ovat havainneet täysin uudenlaisen hiukkasen.

”Alusta alkaen oli selvää, että mikäli Anitan havaitsemat hiukkaset ovat kulkeneet tuhansia kilometrejä Maan läpi, ne eivät hyvin todennäköisesti ole standardimallin hiukkasia”, Kööpenhaminan yliopiston astrofyysikko Mauricio Bustamante toteaa.

”Heidän (Penn Staten yliopiston) tuloksensa ovat vahvasti standardimalliselitystä vastaan.”

IceCube on rakennettu Etelänavan alle. Sen havaintolaitteet sijaitsevat kuutiokilometrin kokoisella alueella, mikä tekee siitä maailman suurimman neutriino-observatorion.

Jos jotain, mittalaitteiden havaitsemien hiukkasten olisi pitänyt siis olla neutriinoja. Hiukkasten ei kuitenkaan havaittu hajoavan neutriinojen tavoin.

Los Alamosin kansallisen laboratorion neutriinofyysikko Bill Louis huomauttaa, että korkeaenergiset neutriinot eivät selviydy matkasta Maan läpi riittävän usein, jotta Anita ja IceCube pystyisivät niitä havaitsemaan.

Fox, Sigurddson ja Louis ehdottavat, että kyse voisi olla ensimmäisestä supersymmetriateorian vahvistavasta havainnosta. Supersymmetriateoria ehdottaa, että jokaisella bosoneihin ja fermioneihin kuuluvalla hiukkasella on ”superkumppani”.

Tässä tapauksessa hiukkaset voisivat tutkijoiden mukaan olla tau-leptonin superpareja eli ”stau-sleptoneja”.

Tutkijat perustavat hypoteesinsa aiempiin tutkimuksiin, joissa on ennustettu stau-sleptonien käyttäytyvän tutkijoiden havaitsemalla tavalla neutriino-observatorioissa. He kuitenkin huomauttavat, että on liian varhaista vetää pitkälle meneviä johtopäätöksiä.

Seuraavaksi tutkijat sukeltavat tutkimuskeskusten data-arkistoon löytääkseen lisätodisteita mysteerihiukkasesta. He toivovat myös muiden instrumenttien tekevän havaintoja hiukkasista saadakseen vahvistuksen sille, ettei kyse ole esimerkiksi Etelämantereen jään ominaisuuksien aiheuttamasta ilmiöstä.

Mikäli hypoteesi osoittautuu paikkansapitäväksi ja stau-sleptoneita havaitaan myös maailman hiukkaskiihdyttimissä, voi löytö johtaa muidenkin supersymmetristen hiukkasten tunnistamiseen.

Hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksissa tehtävät jatkokokeet voivat johdattaa meidät jopa pimeän aineen jäljille.

Penn Staten yliopiston tutkimusraportti on julkaistu ArXiv-tiedejulkaisussa. Lisää aiheesta Live Science -sivuston artikkelissa.