Balon helium yang melayang 35 km di atas tutupan es Antartika dua kali telah menjadi perantara dalam mendeteksi gelombang dari partikel berenergi tinggi yang berasal dari luar angkasa. Beberapa ilmuwan berpikir sinyal tersebut mungkin berasal dari sesuatu yang tidak dapat dijelaskan oleh aturan fisika partikel yang dipahami saat ini.
“Ini melanggar Model Standar untuk sebuah partikel dengan energi tinggi untuk melakukan perjalanan melalui Bumi,” Derek Fox, seorang fisikawan Penn State yang memimpin analisis terbaru, mengatakan kepada Gizmodo.
Pendeteksian tersebut berasal dari Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), sebuah eksperimen yang didanai NASA yang telah mengapung di Kutub Selatan sebanyak empat kali sejak 2006. Bertujuan untuk mencari bukti partikel-partikel yang sult dipahami yang disebut sebagai neutrino yang dapat memancarkan gelombang radio, ANITA belum menemukan sinyal seperti itu. Namun, instrumen tersebut telah menemukan sinyal radio yang dihasilkan oleh jenis partikel lain dari angkasa, yang dikenal secara umum sebagai sinar kosmik.
Beberapa benda langit menghembuskan sinar kosmik berenergi tinggi dan menghampiri Bumi, ketika bertabrakan dengan atmosfer dapat menciptakan hujan partikel sekunder atau sinyal radio yang dapat terdeteksi oleh ANITA pada balon cuaca. Kecuali, biasanya partikel-partikel ini tertangkap antena setelah memukul bumi dari atas, menghasilkan sinyal radio ketika menabrak es Antartika.
Namun, sinyal di tahun 2006 dan 2014 tampak keliru — tidak memiliki ciri khas dari partikel yang berasal dari atas, tetapi lebih dari yang berasal di Bumi, menurut sebuah makalah yang telah diterbitkan di bulan Maret. Setelah mengesampingkan potensi gangguan dari radio dan sumber lainnya, para ilmuwan ANITA memutuskan bahwa mereka telah melihat sesuatu yang mereka sebut “tidak biasa” —mungkin ada partikel dengan energi puluhan ribu kali lebih tinggi daripada tabrakan berenergi tertinggi di Large Hadron Collider.
Fox dan rekan-rekannya menganalisis sifat-sifat dari peristiwa liar dan menyajikan perhitungan yang menunjukkan bahwa buku aturan fisika partikel, yang disebut ‘Model Standar’, tidak dapat menjelaskan bagaimana partikel dengan energi sebanyak ini bisa berhasil melewati Bumi.
Mereka mempublikasikan hasil penelitiannya pada server pracetak arXiv fisika – yang berarti bahwa makalah belum ditinjau oleh rekan sejawat.
Tim juga menemukan bukti yang menguatkan untuk partikel aneh ini dalam percobaan IceCube yang terkubur di es Antartika. Mungkin peristiwa IceCube ini adalah muon berenergi tinggi, sepupu yang lebih berat dari elektron, tetapi analisis tim Fox menemukan itu tidak mungkin. Sebaliknya, mereka mengira telah mengamati sepupu yang lebih berat dari muon, yang disebut taus. Jika sinyal-sinyal itu bergerak ke atas, mereka akan menjadi produk peluruhan dari beberapa partikel lain yang berinteraksi lemah yang dapat melakukan perjalanan melalui Bumi.
Partikel itu akan disebut partikel stau, Fox mengusulkan. Beberapa ilmuwan memprediksi bahwa setiap partikel dalam Model Standar, dari quark hingga boson Higgs, memiliki pasangan partikel “supersymmetric” yang lebih berat. Mitra tau akan disebut stau. Beberapa neutrino berenergi tinggi dapat berinteraksi dengan unsur-unsur di bawah permukaan sisi planet yang berlawanan, menciptakan staus yang menjelajah planet ini dan kemudian membusuk menjadi tau. Tau ini berpotensi diamati oleh IceCube dan mungkin menghasilkan sinyal radio yang dapat diamati oleh ANITA.
Fisikawan teoretis sebelumnya memperkirakan kemungkinan stau dengan sifat yang mirip dengan apa pun yang dilihat ANITA. Stau dengan massa sekitar 500 kali proton dan dengan energi yang diamati oleh ANITA dipastikan melakukan perjalanan sebagian besar melalui Bumi sebelum membusuk.
“Pemikiran saya yang berpikiran sederhana sebagai pengamat adalah, jika saya menemukan beberapa fenomena aneh dan menemukan bahwa itu diprediksi oleh beberapa ahli teori sebelum fenomena itu terlihat, itu adalah masalah besar bagi saya,” kata Fox.
Seorang fisikawan yang tidak terlibat dalam analisis ini, Peter Denton dari Universitas Niels Bohr Institute, mengatakan kepada Gizmodo bahwa penjelasan Fox masuk akal. Tetapi dia merasa perlu lebih banyak lagi penelitian dibutuhkan. “Saya berharap model seperti itu akan dieksplorasi lebih detail di masa depan.”
Denton ingin melihat apakah eksperimen lain dapat menemukan hasil yang serupa. Selain itu, ada banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum seseorang dapat menyimpulkan bahwa ANITA telah menemukan partikel baru. Tapi itu adalah hasil yang menggiurkan di batas-batas fisika — dan jika itu bertahan, maka itu hampir menjadi sebuah keberuntungan.
