Neutrinos wurden mit so hoher Energie nachgewiesen, dass das Standardmodell sie nicht erklären kann

Obwohl Neutrinos mysteriöse Teilchen sind, sind sie bemerkenswert häufig. Jede Sekunde passieren Milliarden von Neutrinos durch Ihren Körper. Da Neutrinos jedoch selten mit normaler Materie interagieren, ist ihre Entdeckung eine große technische Herausforderung. Selbst wenn wir sie erkennen, sind die Ergebnisse nicht immer sinnvoll. Zum Beispiel haben wir kürzlich Neutrinos entdeckt, die so viel Energie haben, dass wir keine Ahnung haben, wie sie entstehen.

Ein Neutrinodetektor ist normalerweise eine große Kammer, die mit reinem Wasser oder Eis gefüllt ist. In dieser Kammer befinden sich sehr empfindliche Detektoren. Neutrinos werden nicht direkt beobachtet. Stattdessen wartet ein Neutrino-Detektor darauf, dass ein Neutrino in ein Atom schlägt. Wenn dies der Fall ist, kann es geladene Leptonen wie ein Elektron, Myon oder Tauon erzeugen. Diese geladenen Teilchen können auch Licht erzeugen. Durch den Nachweis des Lichts oder der Leptonen wissen wir also, dass ein Neutrino mit dem Detektor interagiert hat.

Die meisten Neutrinos, die wir entdecken, sind solare Neutrinos, die durch Kernfusion im Kern der Sonne erzeugt werden. Aber auch Dinge wie Supernovae und Gammastrahlenausbrüche produzieren Neutrinos. Es wurden große Anstrengungen unternommen, um diese zu erkennenextra-solarNeutrinos.

Schema des IceCube Neutrino-Observatoriums. Bildnachweis: IceCube-Wissenschaftsteam – Francis Halzen

Einer der besten Neutrinodetektoren ist das IceCube Neutrino Observatory in der Antarktis. Die Antarktis ist ein großartiger Ort für ein Neutrino-Observatorium, da ihre dicke Eisschicht alle Arten von Streupartikeln wie kosmische Strahlung und Gammastrahlung hervorragend absorbiert, die Ihre empfindlichen Detektoren durcheinander bringen können. Indem wir das Observatorium im Eis vergraben, können wir sicher sein, dass die Ereignisse, die wir entdecken, von Neutrinos stammen. Das IceCube-Observatorium hat mehrfach extrasolare Neutrinos nachgewiesen.

Wie ANITA Neutrinos erkennt. Bildnachweis: Cosmin Deaconu

Aber es gibt ein weiteres Neutrino-Observatorium in der Antarktis, das Neutrinos auf ganz andere Weise erkennt. Bekannt als ANtarctic Impulsive Transient Antenna oder ANITA, ist es ein empfindlicher Funkdetektor, der auf einem Ballon montiert ist. ANITA ist ein Radiodetektor, denn wenn hochenergetische Neutrinos mit antarktischem Eis kollidieren, können sie Radiolicht erzeugen. Diese Neutrinos sind hundertmal stärker als die von IceCube entdeckten.

Als ANITA diese hochenergetischen Neutrinos entdeckte, sorgte dies für Aufsehen, da sie anscheinend von vorbeiziehenden Neutrinos stammtendurchdie Erde, bevor sie auf das antarktische Eis trifft. Dies ist, was Sie erwarten würden, wenn ein mächtiges astrophysikalisches Ereignis einen Strom von Neutrinos in Richtung der Erde erzeugen würde. Aber wenn das der Fall ist, würden diese Neutrinos auch Ereignisse auslösen, die von IceCube erkannt werden könnten.

Daher suchte die IceCube Collaboration nach Erkennungsereignissen, die gleichzeitig mit den ANITA-Erkennungen auftraten. Sie fanden keine Beweise für korrelierte Ereignisse, was bedeutet, dass dies nicht auf ein starkes Neutrino-Ereignis in Lichtjahren Entfernung zurückzuführen ist. Dies ist seltsam, denn es bleiben zwei Möglichkeiten: Entweder hat die ANITA aufgrund eines Fehlers im Design falsch positive Ergebnisse geliefert, oder diese Neutrino-Ereignisse werden durch einen Prozess verursacht, der außerhalb des Standardmodells liegt. Innerhalb des Standardmodells der Teilchenphysik gibt es keine Möglichkeit, Neutrinos mit so hoher Energie zu erzeugen.

Dies ist nur eine kleine Auswahl von Ereignissen, daher gibt es Grund, mit den Ergebnissen vorsichtig zu sein. Diese neueste Arbeit könnte jedoch auf ein neues Gebiet der Physik hinweisen, das wir noch nicht verstehen.

Referenz:Aartsen, M.G., et al. “ Eine Suche nach IceCube-Ereignissen in Richtung ANITA Neutrino-Kandidaten . '