南極冰層下的神秘訊號：ANITA科學謎團等待PUEO新任務揭曉

近十年前，一項名為ANITA的科學儀器在高空飛越南極冰層上空時，捕捉到了一組令人費解的訊號。時至今日，這個挑戰既有物理學模型的科學謎團，正處於被解開的關鍵時刻。藉由新的獨立研究以及部署尖端實驗PUEO（超高能觀測載荷），科學界比以往任何時候都更接近於理解這些神秘訊號的真正本質。

訊號異常的核心：不應存在的信號

在2016年至2018年期間，部署在南極上空的ANITA（南極瞬態脈衝天線）實驗，透過其高空氣球攜帶的無線電天線陣列，偵測到了一系列無線電脈衝。這些脈衝的奇特之處在於，它們似乎是從地平線以下約30度的角度傳來的。

這個傳播路徑暗示，訊號的來源位於厚厚的冰層深處。無線電波要穿透數千公里緻密的地球物質才能到達儀器，這在傳統物理學預期中幾乎是不可能的，因為它們應當會被完全吸收。

ANITA儀器的初衷是捕捉來自宇宙的超高能中微子。這些中微子與冰層相互作用時，會產生所謂的阿斯卡良效應（Askaryan effect），從而發出無線電閃光。然而，這次偵測到的異常訊號，其特性與預期的中微子訊號並不相符。

多年來，科學界對ANITA的數據進行了大量的獨立驗證工作，並增添了新的重要細節。其中一個關鍵的獨立證據來自阿根廷的皮耶奧熱實驗室（Pierre Auger Observatory）。該國際合作組織分析了長達15年的數據後，並未發現任何類似的異常事件。考慮到Auger實驗的巨大探測面積，這使得ANITA偵測到一束穿透地球的新粒子流的可能性受到嚴重質疑。ANITA的主要研究人員、來自賓州州立大學的史蒂芬妮·維塞爾（Stephanie Wissel）指出：「我們最新的研究顯示，在長時間曝光的實驗中並未觀測到類似事件……這並未指向新的物理學，而是為整體圖景增添了更多資訊。」這一發現促使研究焦點從極端的假說轉向尋找更「腳踏實地」的解釋。

目前主要探討的假說包括：

• 未知的無線電波傳播效應：許多科學家認為最可能的解釋是，南極冰層結構不均勻以及極地大氣層的複雜反射和折射效應，可能扭曲了訊號的傳播路徑。
• 標準模型之外的假說：雖然曾被考慮，但由於缺乏獨立證實，這些假說被認為可能性較低。這些包括與暗物質相關的新粒子類型，或是無菌中微子。

最終釐清此一情況的希望，寄託在ANITA的後繼者——PUEO實驗上。PUEO作為NASA天體物理先驅任務（NASA Astrophysics Pioneers）之一，其首次發射已定於2025年12月，地點在南極的麥克默多站。

PUEO相較於ANITA的關鍵升級包括：

• 靈敏度：提升了十倍，這將使其成為有史以來對超高能宇宙中微子探測最靈敏的實驗。
• 相控陣干涉儀觸發器：新的系統能夠更精確地從背景雜訊中分離出微弱的有效訊號。
• 優化天線與導航：天線的有效面積增加一倍，並配備了新的慣性導航系統，極大地提高了訊號到達方向的測量精度。

PUEO的任務結果將是二選一：它要麼會偵測到大量類似的異常事件，從而允許科學家詳細研究並確定其性質；要麼將證實這些事件的完全缺失，從而結案，判定ANITA的觀測是系統性錯誤或單一的特殊偽影。

解開ANITA異常現象的謎團，其重要性不僅僅在於事件本身，它對整個高能天體物理學領域都是至關重要的一步。

史蒂芬妮·維塞爾表示：「這是一個懸而未決的謎團。我非常期待，因為當PUEO開始飛行時，我們將擁有更佳的靈敏度。理論上，我們將能更好地理解這些異常現象，這將是理解背景雜訊，並最終在未來成功探測中微子的巨大進展。」預計PUEO任務的首批成果最快可能在2026年公布。