南極氷床から検出された「奇妙な」電波信号、物理法則に従わず？　科学者が解明に挑む

この奇妙な電波は、高エネルギー宇宙粒子「ニュートリノ」の探索中に発生した。

宇宙の果てから地球に飛来するニュートリノは、極めて実態を捉えにくく、あらゆる物質を変化することなく通過できることから、「幽霊粒子」とも呼ばれている。

過去１０年間、研究者らはニュートリノの検出を目的とした実験を複数行ってきた。こうした実験のひとつが、米航空宇宙局（ＮＡＳＡ）による「南極衝撃過渡アンテナ（ＡＮＩＴＡ）」実験で、

２００６年から１６年にかけて、南極上空に観測機器を搭載した気球を飛ばした。

この観測の最中に、ＡＮＩＴＡはニュートリノではない異常な電波信号を捉えた。

信号は地平線下から届いており、数千キロの岩盤を通過して検出器に到達したことを示唆していた。

だが、通常であれば電波は岩石に吸収されるはずだ。ＡＮＩＴＡチームは、この異常信号は現行の素粒子物理学の知見では説明できないと考えた。

アルゼンチンのピエール・オージェ観測所など、他の観測機器による追跡観測と解析も行われたが、同様の信号は確認されていない。

ピエール・オージェ共同研究グループによる研究結果は、３月に米学術誌「フィジカル・レビュー・レターズ」に掲載された。

異常信号の起源はいまだ不明だと、本研究の共著者である米ペンシルベニア州立大学の物理学・天文学・天体物理学准教授のステファニー・ウィッセル氏は述べた。
https://news.yahoo.co.jp/articles/28786bd58f2211fb59039d5afc643a396734f86e

宇宙で最も高エネルギーの粒子である宇宙線は、主に陽子または原子核で構成されており、その発生源は、大型ハドロン衝突型加速器（ＬＨＣ）をはるかに凌（しの）ぐ加速能力を有している。

ニュートリノは、宇宙線とその発生源のメカニズム解明に資する可能性がある。

だが、ニュートリノの質量はほとんどなく、恒星や銀河もそのまま通過できるため、検出は極めて困難だ。ただし、水や氷とは相互作用する。

米ウィスコンシン大学マディソン校の物理学准教授、ジャスティン・バンデンブルック氏によると、ＡＮＩＴＡは、宇宙で最もエネルギーの高いニュートリノを探索する目的で設計された。

実験のアンテナは、ニュートリノが南極の氷の中で原子と衝突し、より低エネルギーの粒子のシャワーを引き起こす際に発生する短時間の電波パルスを探すという。

ＡＮＩＴＡは飛行中、氷から放出される高エネルギー粒子を検出した。これは、通常の宇宙線シャワーが逆さまになったような現象だ。

検出器はまた、地球に降り注いで閃光（せんこう）のような電波バーストを発生させる超高エネルギーの宇宙線にも反応する。

ＡＮＩＴＡで宇宙線を観測すると、この閃光の正体は１０億分の１秒の長さの電波バーストであり、これを波としてマッピングすることで氷からの反射状況を解析することができる。

ウィッセル氏によれば、１０年近く前に検出した電波は、氷の表面下３０度の非常に急な角度から出ていたという。

ニュートリノは多くの物質を通過できるが、地球全体を貫通するほどではないと、バンデンブルック氏は指摘。そのうえで、「これは素粒子物理学の標準モデルでは不可能だ」と述べた。

ピエール・オージェ共同研究グループは、ＡＮＩＴＡが検出した異常信号の正体を解明するため、１０年以上にわたるデータを解析した。

研究グループはまた、自らの観測所を使ってＡＮＩＴＡと同様の信号を検出しようと試みた。オージェ観測所は、宇宙線の検出と研究に２種類の手法を用いるハイブリッド型装置だ。

一つは、地表のタンク内で水と反応する高エネルギー粒子を検出する方法、もう一つは、大気圏上層における紫外線との相互作用を追跡する方法だ。

オージェ観測所は、超高エネルギー宇宙線によって大気中で生成される上から下に降り注ぐシャワーを検出するよう設計されたが、

今回の解析では上昇する空気のシャワーを探索するため、データ分析手法を再設計したという。

「ＡＮＩＴＡの異常事象が、地球を通過して上向きのシャワーを生成させる粒子によって引き起こされたものであれば、オージェ観測所はその多くを検出していたはずだ。だが、確認されなかった」（バンデンブルック氏）

これとは別に、南極の氷中深くにセンサーを埋め込んだアイスキューブ観測所でも、同様の異常信号を探索した。

アイスキューブは非常に高感度であるため、ＡＮＩＴＡの異常事象がニュートリノによるものであれば、アイスキューブでも検出されていたはずだとバンデンブルック氏は指摘。

「現時点では、異常事象がニュートリノである可能性は極めて低い」と同氏は述べた。

一部の科学者は、この異常信号の原因が、タウニュートリノと呼ばれる別種のニュートリノだと提唱している。

タウニュートリノは再生可能で、高エネルギー状態で崩壊すると、新たなタウニュートリノとタウレプトンと呼ばれる粒子を生み出す。

だがウィッセル氏は、検出された信号の角度の鋭さに基づくと、原因がタウニュートリノだとする仮説は疑わしいと指摘する。

タウニュートリノはおそらく地平線から１～５度ほど下の角度に存在すると想定されるが、今回検出された信号は地平線の３０度下に位置していた。

そこは多くの物質が存在するため、タウニュートリノはエネルギーを失い、検出できないはずだと主張した。

これまでのところ、どの解釈も観測された信号と一致していないが、解明が視界に入っているのかもしれない。

ウィッセル氏は現在、新たな検出器「超高エネルギー観測用ペイロード（ＰＵＥＯ）」の開発に取り組んでいる。今年１２月から南極上空を約１カ月間飛行する計画で、ＡＮＩＴＡよりも大型で１０倍の感度を持つ。

ウィッセル氏によれば、ＰＵＥＯはＡＮＩＴＡが検出した異常信号の原因について、さらに多くの情報を明らかにできる可能性があるという。

「これは長年にわたる未解決の謎の一つだ」とウィッセル氏は語る。

「ＰＵＥＯの飛行により、より高い感度で観測できる。理論的には、これまでよりもこれらの異常事象をより深く理解できるはずで、最終的にはニュートリノを検出するための重要な一歩になるだろう」

「時には、基本に立ち返り、これらの現象が一体何なのかを真に理解する必要がある」「最も可能性が高いのは、

説明可能なごくありふれた物理学的な現象だが、我々はそれが何なのかを突き止めるために、あらゆる可能性を探っている最中なのだ」