Anomale Signale aus dem Eis: Wissenschaftliches Rätsel ANITA wartet auf die Lösung durch die neue PUEO-Mission

Vor fast einem Jahrzehnt registrierte das wissenschaftliche Instrument ANITA hoch über den eisigen Weiten der Antarktis ein Signal, das physikalischen Standardmodellen zu widersprechen schien. Heute steht diese wissenschaftliche Anomalie, die lange für Kopfzerbrechen sorgte, kurz vor einer möglichen Auflösung. Dank neuer, unabhängiger Untersuchungen und dem Einsatz des hochmodernen Experiments PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations) ist die wissenschaftliche Gemeinschaft der Klärung der Natur dieser rätselhaften Signale so nah wie nie zuvor.

Der Kern der Anomalie: Signale, die nicht existieren dürften

Zwischen 2016 und 2018 detektierte das Antarktis-Experiment ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna), bestehend aus Radioantennen an einem Höhenballon, eine Reihe von Radioimpulsen, die aus einem Winkel von etwa 30 Grad unterhalb des Horizonts zu kommen schienen.

Diese Flugbahn implizierte, dass die Signalquelle tief unter der Eisoberfläche verborgen lag. Die Radiowellen hätten demnach Tausende von Kilometern durch dichtes Erdreich reisen müssen, was unweigerlich zu einer vollständigen Absorption geführt hätte.

Ursprünglich war das Instrument darauf ausgelegt, extrem energiereiche kosmische Neutrinos zu erfassen. Diese sollten beim Wechselwirken mit dem Eis Radioausbrüche (den sogenannten Askaryan-Effekt) erzeugen. Die beobachteten anomalen Signale entsprachen jedoch nicht den erwarteten Neutrino-Signaturen.

In den vergangenen Jahren wurden umfangreiche Arbeiten zur unabhängigen Überprüfung der ANITA-Daten durchgeführt, die der Geschichte neue, wichtige Details hinzufügten. Ein entscheidender Punkt ist das Fehlen einer Bestätigung durch das Pierre-Auger-Observatorium: Die internationale Kollaboration des Pierre Auger Observatoriums in Argentinien fand bei der Analyse von 15 Jahren an Daten keine Spuren ähnlicher anomaler Ereignisse. Angesichts der enormen Detektorfläche von Auger stellt dies die Hypothese, ANITA habe einen Strom neuer Teilchen registriert, die die Erde durchqueren, ernsthaft in Frage.

Die leitende Forscherin von ANITA, Stephanie Wissel von der Pennsylvania State University, merkt dazu an: „Unsere neue Untersuchung deutet darauf hin, dass solche Ereignisse in Langzeit-Expositions-Experimenten nicht beobachtet wurden… Dies deutet nicht auf neue Physik hin, sondern liefert vielmehr zusätzliche Informationen für das Gesamtbild.“ Dieser Befund lenkt den Fokus weg von exotischen Erklärungen hin zur Suche nach plausibleren Ursachen.

Die wichtigsten in Betracht gezogenen Hypothesen:

• Unbekannte Ausbreitungseffekte von Radiowellen: Die wahrscheinlichste Erklärung nach Ansicht vieler Wissenschaftler sind komplexe Reflexions- und Brechungseffekte der Radiowellen in der inhomogenen Struktur des antarktischen Eises und der polaren Atmosphäre, welche die Signalbahn verzerren können.
• Hypothesen jenseits des Standardmodells: Diese wurden zwar diskutiert, gelten aber aufgrund fehlender Bestätigungen als unwahrscheinlich. Dazu zählen neue Teilchenarten (etwa im Zusammenhang mit Dunkler Materie) oder sterile Neutrinos.

Die Hoffnung auf eine endgültige Klärung ruht nun auf dem Nachfolger von ANITA, dem Experiment PUEO. Dessen erster Start als NASA Astrophysics Pioneers Mission erfolgte im Dezember 2025 von der McMurdo Station in der Antarktis.

Wesentliche Verbesserungen von PUEO gegenüber ANITA:

• Empfindlichkeit: Zehnmal höher, was die empfindlichste Suche nach kosmischen Neutrinos höchster Energie in der Geschichte ermöglichen soll.
• Phased-Array-Interferometer-Trigger: Ein neues System wird es erlauben, schwache Nutzsignale präziser vom Hintergrundrauschen zu trennen.
• Verbesserte Antennen und Navigation: Eine verdoppelte effektive Antennenfläche und ein neues Inertialnavigationssystem werden die Genauigkeit bei der Bestimmung der Signalankunftsrichtung signifikant erhöhen.

PUEO wird entweder eine Fülle ähnlicher anomaler Ereignisse aufzeichnen, was eine detaillierte Untersuchung und Bestimmung ihrer Natur ermöglicht, oder die vollständige Abwesenheit bestätigen und damit die Frage nach einem systematischen Fehler oder einem einzigartigen Artefakt von ANITA abschließen.

Die Entschlüsselung des ANITA-Rätsels ist mehr als nur eine akademische Übung; sie stellt einen kritischen Fortschritt für das gesamte Feld der Hochenergie-Astrophysik dar.

„Dies ist momentan eines dieser langwierigen Rätsel“, so Stephanie Wissel. „Ich bin gespannt, denn sobald PUEO fliegt, verfügen wir über eine bessere Empfindlichkeit. Grundsätzlich können wir diese Anomalien besser verstehen, was einen großen Schritt zum Verständnis des Hintergrundrauschens und letztlich zur zukünftigen Neutrinodetektion bedeuten wird.“ Erste Resultate der PUEO-Mission werden voraussichtlich bereits im Laufe des Jahres 2026 veröffentlicht werden können.