科学界最近又被南极扔出了一记重拳。

根据《物理评论快报》,这片除了企鹅和极地风暴之外什么都不应该有的地方,突然发出了一个让整个粒子物理界都尴尬得说不出话的信号:无线电脉冲,从冰层下冒出来,角度还特别刁钻。

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你没听错,不是从上面,不是从侧面,而是从地球“底部”穿透而来。主角叫“ANITA”,是个被绑在气球上、漂在离地面40公里高空的电台“耳朵”,全称Antarctic Impulsive Transient Antenna。

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原本是去那儿捕捉从宇宙中飞来的高能粒子的无线电波,结果现在它接到了一通“未知号码”的来电。

信号来自哪里?理论全部哑火

按说,一切信号都应该是从天而降,不然就是我们地球上的噪音。

但这次不一样,ANITA收到的信号不是从上空落下,而是从冰底下斜着冲上来,角度大概是负30度。如果你学过初中几何,你会明白这角度意味着啥:这东西不是从冰面反射,而是从地底钻出来的。

那问题来了:如果是常规粒子,比如我们熟悉的中微子,它们能做到这么诡异的穿透能力吗?

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不行。哪怕是中微子这种“宇宙幽灵”,都很难穿透数千公里的地壳岩石而毫发无损地冲到天上——更别说还得在冰里产生无线电信号。这种现象,按现有的粒子物理标准模型,是完全说不通的。

不是中微子?那它是谁?

这就尴尬了。

中微子是目前已知最“不合群”的粒子,没有电荷,质量小到几乎为零,连和物质碰个面都懒得打个招呼,它们穿过整个地球都不带眨眼的。然而即便如此,像ANITA这样收集“冰中信号”的设备也得费尽心思去捕捉它们稀薄的痕迹。

这次的信号之所以奇怪,是因为它不光穿透了地壳,还留下了可观测的信号,而且轨迹还完全不符合中微子的“作风”。换句话说,这信号来得太凶、角度太刁、穿透力太强,以至于研究团队只能捂着脑袋说:这可能,不是中微子。

Penn State 的物理学家 Stephanie Wissel 教授明确表示:“我们计算了它的路径,如果它真的是从下面来的,它得穿过地壳几千公里岩石,这种情况下,常规中微子的信号早就该在岩石里被吸干了。”

可问题是,信号偏偏被接收到了,因此逻辑就崩了。

会不会是暗物质打的招呼?

既然是“未知来电”,那么是不是有可能是我们还没认识的“神秘访客”呢?比如物理界苦苦追寻几十年的暗物质?

这类理论当然已经被提上了议程。

一些模型推测,如果有种“超出标准模型”的粒子,比如某种超重中微子、暗光子,或者其他还没被发现的粒子家族成员,确实可能以这种方式制造出诡异信号。但这也只是“也许”,并没能提供一个能闭环的解释。

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更滑稽的是,这些异常信号曾经不止一次被ANITA接收到,而其他大名鼎鼎的探测器,比如 IceCube(南极冰下的中微子望远镜)、Pierre Auger Observatory(南美的宇宙线观测站),却全都没“听到”这种声音。

你懂的,科学界也是讲“交叉验证”的,单一探测结果如果没有兄弟呼应,那可信度就不稳了。

我们是不是误会冰了?

Wissel 教授倒是给出了一个“偏保守”的解释:或许问题出在我们对“冰”和“无线电”的相互作用理解还不够透。

她说:“我猜测,在冰的边界、特别是接近地平线的位置,有某种我们还搞不清的无线电传播效应。”言外之意就是,我们可能误会了冰层下的传播方式。但即便如此,她也承认团队已经测过了多个模型,结果全都解释不了眼前的这个怪信号。

ANITA 是怎么工作的?

ANITA 本身就是个另类实验。它不是坐在实验室里等粒子上门,而是直接绑着气球飞到高空,在南极上空做巡航。因为南极人烟稀少、无线电干扰极低,简直是天然的信号接收天堂。

它靠的是一个叫“Askaryan效应”的物理机制:当高能中微子击中冰层时,会激发出次级粒子,在冰中产生短促的无线电脉冲。这就是所谓的“冰淋浴”——不是洗澡,而是“粒子雨”。

更神奇的是,有时候这些高能中微子是“τ型中微子”,会在冰层中转化为 τ 轻子(tau lepton),这玩意在逃出冰层后会迅速衰变,产生“空气淋浴”。如果你能看到这些“淋浴”,就像是有根手指拿着烟花,在空中划出一串弧线。

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问题是:这次探测到的信号既不像冰淋浴,也不像空气淋浴,轨迹更像是“地心幽灵”反向冲天——在现有物理认知体系里,这种情况不应该出现。

下一步:更大的“耳朵”正在筹备

为了解开这个谜团,Wissel 团队已经开始着手下一代探测器的设计。新项目名叫 PUEO(听起来像企鹅的叫声,但其实是超高能观测的有效载荷),目标就是做一个更大、更灵敏的“高空无线电望远镜”。

“有了PUEO,我们或许能捕捉到更多异常信号,到时候说不定就能拼出这些幽灵粒子的真面目。”Wissel 说,“或者我们也可能真的终于抓到中微子了,那就更炸裂。”

一个信号,搅动整个标准模型

说到底,这类实验的魅力就在于它挑战我们以为已经搞懂的“宇宙运作方式”。当你以为标准模型已经解释得够全面了,南极就给你送来一颗定时炸弹。

这也像极了“夜读春秋、忽闻犬吠”的尴尬,当代科学已经太依赖规则和框架,稍微跳出来一个不听话的信号,就像野狗进庙,全场哗然。到头来,我们只能承认:或许这天地之间,还有我们没悟透的道理。

而这,恰恰是最有趣的部分。

参考来源:

A. Abdul Halim et al, Search for the Anomalous Events Detected by ANITA Using the Pierre Auger Observatory,Physical Review Letters(2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.121003