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，在南極洲的冰封荒原上空，一項名為 ANITA 的科學儀器捕捉到了一次令人難以置信的訊號。如今，這個挑戰傳統物理學模型的科學謎團，正處於可能被解開的邊緣。透過新的獨立研究以及部署尖端的 PUEO（超高能觀測酬載）實驗，科學界比以往任何時候都更接近於理解這些神秘訊號的本質。

異常現象的核心：不該存在的訊號

在 2016 年至 2018 年間，部署在南極的 ANITA（南極衝擊瞬態天線）實驗，這是一套安裝在高空氣球上的無線電天線陣列，偵測到了一系列從地平線下方約 30 度角傳來的無線電脈衝。

這種傳播路徑意味著訊號源位於冰層深處。無線電波理應穿透數千公里厚的緻密地層，這在物理學上幾乎不可能，因為它們會被完全吸收。

ANITA 儀器的初衷是為了探測來自宇宙的超高能中微子。這些中微子與冰層相互作用時，會產生被稱為「阿斯卡良效應」的無線電閃光。然而，這些異常訊號的特性與預期的中微子事件並不相符。

多年來，科學界對 ANITA 的數據進行了廣泛的獨立驗證，為這個故事增添了新的重要細節。阿根廷的皮耶爾奧傑觀察站（Pierre Auger Observatory）國際合作組織在分析了 15 年的數據後，並未發現任何類似的異常事件。鑑於 Auger 觀測站巨大的探測面積，這使得 ANITA 偵測到穿過地球的新粒子流的可能性受到嚴重質疑。ANITA 的首席研究員、來自賓州州立大學的 Stephanie Wissel 指出：「我們最新的研究顯示，在長期曝光的實驗中並未觀察到類似事件……這並非指向新的物理學，而是為整體圖景增添了更多資訊。」這將研究焦點從極端的假說轉向尋找更「務實」的解釋。

目前主要考慮的假說包括：

• 無線電波傳播的未知效應：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對無線電波產生了複雜的反射和折射效應，從而扭曲了訊號的路徑。
• 標準模型之外的假說：雖然曾考慮過如暗物質相關的新粒子或無菌中微子等可能性，但由於缺乏佐證，這些假說目前被認為可能性較低。

最終釐清局勢的希望，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）的一部分，其首次發射已定於 2025 年 12 月，從南極的麥克默多站升空。

相較於 ANITA，PUEO 的關鍵升級包括：

• 更高的靈敏度：靈敏度提高了 10 倍，這將使其能夠進行有史以來對超高能宇宙中微子最靈敏的探測。
• 相控陣干涉儀觸發器：這種新系統能更精確地將微弱的有效訊號與背景雜訊區分開來。
• 改良的天線和導航：天線的有效面積增加一倍，並配備了新的慣性導航系統，將顯著提高訊號到達方向的測量精度。

PUEO 要麼會記錄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完全不存在，從而結束關於系統性誤差或 ANITA 獨特偽影的爭論。

解開 ANITA 異常之謎本身固然重要，但它更是高能天體物理學領域邁出的關鍵一步。

正如 Stephanie Wissel 所言：「這是一個懸而未決的謎團。我對此感到非常期待，因為當 PUEO 開始飛行時，我們將擁有更高的靈敏度。原則上，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 的首批成果最快可能在 2026 年公佈。