冰层深处的异常信号：ANITA之谜待PUEO新任务揭晓

近十年前，在南极洲的冰雪世界之上，一个名为ANITA的科学仪器捕捉到了一次本不该发生的信号。如今，这个曾挑战传统物理模型的科学谜团，正迎来其潜在的解决方案。随着独立研究的深入以及尖端实验PUEO（超高能观测载荷）的部署，科学界比以往任何时候都更接近于揭开这些神秘信号的真实面目。

异常信号的本质：本不应存在的电波

在2016年至2018年间，部署在南极高空平流层的ANITA（南极瞬态瞬变天线）实验，通过其搭载的无线电天线阵列，探测到了一系列从地平线下约30度角传来的无线电脉冲。

这一独特的信号入射角度意味着，信号源位于冰层深处。根据物理学原理，无线电波要穿过数千公里厚实的地球物质，必然会遭到完全的吸收和衰减。

ANITA的初衷是用于探测来自宇宙的超高能中微子。这些中微子与冰层相互作用时，会产生阿斯卡良效应（Askaryan effect），从而引发无线电波的爆发。然而，ANITA捕获到的异常信号在特征上与预期中的中微子信号并不吻合。

多年来，科学家们对ANITA的数据进行了广泛的独立验证，并增添了新的关键信息。阿根廷的皮埃尔·奥热天文台（Pierre Auger Observatory）在分析了长达15年的数据后，并未发现任何类似的异常事件。考虑到Auger探测器的巨大覆盖面积，这使得ANITA是否真的捕捉到了穿透地球的新型粒子流的说法受到了严重质疑。ANITA的主要研究人员之一，来自宾夕法尼亚州立大学的斯蒂芬妮·维塞尔（Stephanie Wissel）指出：“我们的新研究表明，在长时间曝光的实验中并未观测到类似事件……这并未指向新的物理学，而是为整体图景增添了更多信息。” 这一发现促使研究焦点从奇异的解释转向寻找更为“脚踏实地”的成因。

当前主要考虑的假说包括：

• 未知电波传播效应：许多科学家倾向于认为，最可能的解释是无线电波在南极冰层不均匀的结构以及极地大气中复杂的反射和折射现象，这些效应可能扭曲了信号的实际路径。
• 标准模型之外的假说：尽管曾被考虑，但由于缺乏佐证，这些假说被认为可能性较低。其中包括与暗物质相关的全新粒子，或是无菌中微子。

现在，科学界对彻底澄清这一局面的希望寄托于ANITA的继任者——PUEO实验。该实验作为NASA天体物理先锋任务之一，已于2025年12月从南极的麦克默多站成功发射升空。

与ANITA相比，PUEO的关键升级之处在于：

• 灵敏度：提升了十倍，使其能够以前所未有的灵敏度搜索超高能宇宙中微子。
• 相控阵干涉触发器：这一新系统能够更精确地从背景噪声中分离出微弱的有效信号。
• 改进的天线与导航：天线的有效接收面积增加了一倍，配合全新的惯性导航系统，极大地提高了信号入射方向测定的精度。

PUEO要么将捕获到大量此类异常事件，从而允许科学家们深入研究并确定其本质，要么将完全证实这些事件的缺失，从而为ANITA实验中的系统误差或独特伪影画上句号。

ANITA异常现象的解密，其意义远不止于解决一个孤立的谜团。它对整个高能天体物理领域而言，都是至关重要的一步。

斯蒂芬妮·维塞尔表示：“这现在是一个悬而未决的谜题。我非常期待，因为当PUEO开始飞行后，我们的灵敏度将达到最佳。原则上，我们可以更好地理解这些异常现象，这将是理解背景噪声并最终在未来成功探测到中微子的巨大飞跃。” 预计PUEO任务的首批成果有望在2026年内公布。