Nuova particella, non prevista dal modello standard, rilevata in Antartide

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Nuova particella, non prevista dal modello standard, rilevata in Antartide
The IceCube Laboratory is pictured at the Amundsen-Scott South Pole Station, in Antarctica, in 2017 and released on July 12, 2018. Courtesy Martin Wolf, IceCube/NSF/Handout via REUTERS ATTENTION EDITORS - THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY.
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L’enigmatica particella che emerge dai ghiacci antartici. ANITA, una missione della NASA per lo studio dei raggi cosmici, ha rilevato al di sopra dell’Antartide due “fontane” di particelle che vanno verso il cielo, vale a dire in direzione opposta a quella che avrebbero avuto se fossero state generate dai neutrini cosmici. L’insolito fenomeno, confermato dai dati raccolti dall’esperimento IceCube, potrebbe essere dovuto a una particella non prevista dal Modello Standard.

Due eventi anomali rilevati dall’Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) – un pallone sonda progettato dalla NASA per studiare i raggi cosmici – e descritti in un articolo appena pubblicato sulle “Physical Review Letters” a prima firma P. W. Gorham, suggeriscono l’esistenza di una particella elementare non contemplata dal Modello Standard della fisica delle particelle.

Durante le sue osservazioni, ANITA – che vola nell’alta stratosfera sopra l’Antartide – non rileva direttamente i neutrini ad alta energia presenti nei raggi cosmici, ma il particolare tipo di onde radio prodotte dal movimento nel campo magnetico terrestre degli elettroni liberati e fortemente accelerati dalla collisione fra i neutrini e le molecole dell’atmosfera, che creano anche una pioggia di altre particelle.

Tuttavia, rianalizzando i dati registrati da ANITA, Gorham e colleghi hanno scoperto che in due occasioni, nel 2006 e nel 2014, la sonda non aveva osservato una pioggia di particelle in movimento dall’alto verso basso, come di consueto, ma una “fontana” di particelle che si muoveva dai ghiacci verso l’alto.

Preparazione del lancio del pallone sonda della missione ANITA (NASA/Balloon Program Office)
Preparazione del lancio del pallone sonda della missione ANITA (NASA/Balloon Program Office)

L’ipotesi più semplice per spiegare l’insolito fenomeno era che i due eventi fossero stati provocati da neutrini provenienti da una lontana esplosione di supernove che avevano attraversato tutta la Terra per poi emergere dai ghiacci. Ma questa spiegazione è stata rapidamente scartata, sia perché un’esplosione di questo tipo è stata rilevata solo per uno dei due eventi, sia perché, se i neutrini a bassa energia possono attraversare tutto il pianeta senza interferire con esso, quelli ad altissima energia in grado di produrre la firma radio rilevata hanno delle “sezioni d’urto” che impediscono loro di attraversare indenni la Terra.
Scartate come improbabili anche altre ipotesi, i ricercatori hanno quindi così ventilato l’idea che fosse coinvolta una particella non prevista dal Modello Standard.

Nel frattempo, un team della Pennsylvania State University diretto da Derek B. Fox – che anticipa i suoi risultati in un pre-print sul sito arXiv.org – ha confrontato i dati forniti da Gorham e colleghi con quelli raccolti da IceCube, il gigantesco rivelatore di neutrini costruito in Antartide. E’ così emerso che in coincidenza degli eventi registrati dalla sonda stratosferica, anche IceCube ha rilevato tre segnali che indicavano altrettante “fontane” di particelle dirette verso da terra verso il cielo e non viceversa.

Una lunga serie di simulazioni al computer ha poi stabilito che c’era una sola probabilità su 3,5 milioni che quel fenomeno fosse imputabile a una qualsiasi delle particelle contemplate dal Modello Standard, dando così un forte sostegno all’ipotesi che i due eventi anomali siano stati generati da una particella sconosciuta.

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