Selama satu dekade, para ilmuwan dibuat bingung oleh sinyal anomali Antartika, gelombang radio misterius yang terdeteksi dari bawah es di Kutub Selatan. Sinyal anomali Antartika ini pertama kali muncul saat mencari fenomena langka: neutrino berenergi tinggi, partikel kosmik yang dijuluki “hantu” karena kemampuannya menembus materi tanpa berubah.
Pencarian Neutrino dan Kemunculan Sinyal Misterius
Dalam sepuluh tahun terakhir, berbagai eksperimen telah dilakukan untuk melacak neutrino menggunakan hamparan air dan es. Salah satu proyek tersebut adalah Antena Transien Impulsif Antartika (ANITA) milik NASA, yang menerbangkan balon berinstrumen di atas Antartika antara tahun 2006 dan 2016. Dalam pencarian inilah ANITA menangkap gelombang radio anomali yang tampaknya bukan berasal dari neutrino. Inilah sinyal anomali Antartika yang pertama kali teridentifikasi.
Sinyal anomali Antartika tersebut datang dari bawah cakrawala, menyiratkan bahwa ia telah melewati ribuan mil batuan sebelum mencapai detektor. Namun, gelombang radio seharusnya terserap oleh batuan tersebut. Tim ANITA yakin bahwa sinyal anomali Antartika ini tidak dapat dijelaskan oleh pemahaman fisika partikel saat ini.
Tantangan dalam Konfirmasi dan Penjelasan Sinyal Anomali Antartika
Pengamatan dan analisis lanjutan dengan instrumen lain, termasuk oleh Observatorium Pierre Auger di Argentina, belum berhasil menemukan sinyal anomali Antartika yang sama. Hasil kolaborasi Pierre Auger dipublikasikan di jurnal Physical Review Letters pada bulan Maret.
Stephanie Wissel, profesor fisika, astronomi, dan astrofisika di Universitas Negeri Pennsylvania, sekaligus rekan penulis studi, menyatakan bahwa asal sinyal anomali Antartika tersebut masih belum jelas. “Studi baru kami menunjukkan bahwa (sinyal) semacam itu belum pernah terlihat oleh eksperimen… seperti Observatorium Pierre Auger,” kata Wissel. “Jadi, ini tidak menunjukkan adanya fisika baru, tetapi lebih kepada informasi tambahan yang dapat ditambahkan ke cerita tentang sinyal anomali Antartika.”
Baca Juga : Landsgemeinde: Demokrasi Langsung Berusia 700 Tahun di Jantung Swiss
Para ilmuwan berpendapat, detektor yang lebih besar dan lebih sensitif mungkin dapat memecahkan misteri sinyal anomali Antartika ini, atau pada akhirnya membuktikan apakah sinyal tersebut hanyalah suatu kebetulan, sambil terus mencari neutrino dan sumbernya yang misterius.
Peran Neutrino dalam Memahami Sinar Kosmik
Mendeteksi neutrino di Bumi memungkinkan peneliti melacaknya kembali ke sumbernya, yang diyakini para ilmuwan sebagian besar adalah sinar kosmik yang menghantam atmosfer planet kita. Sinar kosmik, partikel berenergi tertinggi di alam semesta, sebagian besar terdiri dari proton atau inti atom. Mereka dilepaskan ke seluruh alam semesta oleh akselerator partikel yang sangat kuat, jauh melampaui kemampuan Large Hadron Collider. Neutrino dapat membantu astronom memahami sinar kosmik dan apa yang meluncurkannya ke seluruh kosmos.
Namun, neutrino sulit ditemukan karena massanya hampir tidak ada, dan mereka dapat melewati lingkungan paling ekstrem, seperti bintang dan seluruh galaksi, tanpa berubah. Meskipun demikian, neutrino berinteraksi dengan air dan es.
ANITA dirancang untuk mencari neutrino berenergi tertinggi di alam semesta. Antena radio percobaan tersebut mencari denyut pendek gelombang radio yang dihasilkan ketika neutrino bertabrakan dengan atom di es Antartika, menciptakan hujan partikel berenergi lebih rendah.
Selama penerbangannya, ANITA menemukan pancaran partikel berenergi tinggi yang berasal dari es, semacam pancaran sinar kosmik terbalik. Detektor itu juga peka terhadap sinar kosmik berenergi sangat tinggi yang menghantam Bumi dan menciptakan semburan radio yang menyerupai senter.
Ketika ANITA mengamati sinar kosmik, sorotan “senter” ini sebenarnya adalah semburan gelombang radio sepersekian mikrodetik yang dapat dipetakan untuk menunjukkan bagaimana pantulannya di es. Dua kali dalam data dari penerbangan ANITA, tim percobaan asli mendeteksi sinyal anomali Antartika yang muncul melalui es pada sudut yang jauh lebih tajam daripada yang diprediksi oleh model mana pun, sehingga mustahil melacak sinyal tersebut ke sumber aslinya.
“Gelombang radio yang kami deteksi hampir satu dekade lalu berada pada sudut yang sangat curam, seperti 30 derajat di bawah permukaan es,” kata Wissel, merujuk pada salah satu aspek unik dari sinyal anomali Antartika ini.
Justin Vandenbroucke, profesor fisika di University of Wisconsin, Madison, menjelaskan bahwa neutrino dapat menembus banyak materi, tetapi tidak menembus seluruh Bumi. “Mereka diperkirakan tiba dari sedikit di bawah cakrawala, di mana tidak banyak Bumi yang bisa mereka serap,” tulisnya. “Peristiwa anomali ANITA menarik karena tampaknya datang dari jauh di bawah cakrawala, sehingga neutrino harus menempuh perjalanan melalui sebagian besar Bumi. Ini tidak mungkin menurut Model Standar fisika partikel. Ini yang membuat sinyal anomali Antartika ini begitu membingungkan.”
Upaya Konfirmasi Lanjutan untuk Sinyal Anomali Antartika
Kolaborasi Pierre Auger, yang melibatkan ratusan ilmuwan di seluruh dunia, menganalisis data selama lebih dari satu dekade untuk memahami sinyal anomali Antartika yang terdeteksi oleh ANITA. Tim juga menggunakan observatorium mereka untuk mencoba menemukan sinyal anomali Antartika yang sama. Observatorium Auger adalah detektor hibrida yang menggunakan dua metode untuk menemukan dan mempelajari sinar kosmik: mendeteksi partikel berenergi tinggi saat berinteraksi dengan air dalam tangki di permukaan Bumi, dan melacak interaksi potensial dengan cahaya ultraviolet di atmosfer.
Peter Gorham, profesor fisika di University of Hawaii di Mānoa, yang merancang eksperimen ANITA, menjelaskan bahwa Observatorium Auger merancang ulang analisis datanya untuk mencari pancaran udara yang naik, bukan hanya yang turun. “Auger memiliki area pengumpulan yang sangat luas untuk peristiwa semacam itu, lebih besar dari ANITA,” katanya. “Jika peristiwa anomali ANITA dihasilkan oleh partikel apa pun yang bergerak melalui Bumi dan kemudian menghasilkan hujan meteor yang bergerak ke atas, maka Auger seharusnya telah mendeteksi banyak dari peristiwa itu, tetapi ternyata tidak. Ini semakin memperdalam misteri sinyal anomali Antartika.”
Studi lanjutan terpisah menggunakan Eksperimen IceCube, dengan sensor yang tertanam jauh di dalam es Antartika, juga mencari sinyal anomali Antartika. “Karena IceCube sangat sensitif, jika peristiwa anomali ANITA adalah neutrino, maka kami akan mendeteksinya,” tulis Vandenbroucke.
Misteri yang Berlanjut dan Harapan Masa Depan Sinyal Anomali Antartika
“Ini masalah yang menarik karena kita masih belum memiliki penjelasan pasti mengenai anomali tersebut, tetapi yang kita tahu adalah bahwa anomali tersebut kemungkinan besar tidak mewakili neutrino,” kata Wissel mengenai sinyal anomali Antartika yang persisten.
Anehnya, jenis neutrino yang berbeda, yaitu neutrino tau, adalah salah satu hipotesis yang diajukan beberapa ilmuwan sebagai penyebab sinyal anomali Antartika. Neutrino tau dapat beregenerasi; ketika meluruh pada energi tinggi, mereka menghasilkan neutrino tau lain, serta partikel yang disebut lepton tau.
Namun, yang membuat skenario tau neutrino sangat tidak mungkin adalah sudut kemiringan sinyal anomali Antartika. “Anda menduga semua neutrino tau ini berada sangat, sangat dekat dengan cakrawala, mungkin satu hingga lima derajat di bawah cakrawala,” kata Wissel. “Ini berada 30 derajat di bawah cakrawala. Terlalu banyak material. Mereka benar-benar akan kehilangan cukup banyak energi dan tidak dapat dideteksi.”
Pada akhirnya, Gorham dan ilmuwan lainnya tidak mengetahui asal muasal peristiwa ANITA yang tidak biasa itu. Sejauh ini, tidak ada interpretasi yang sesuai dengan sinyal anomali Antartika itu, yang terus membuat para ilmuwan berusaha memecahkan misteri tersebut. Namun, jawabannya mungkin sudah terlihat.
Wissel sedang mengembangkan detektor baru, Payload for Ultra-High Energy Observations (PUEO), yang akan terbang di atas Antartika selama sebulan mulai Desember 2025. Lebih besar dan 10 kali lebih sensitif daripada ANITA, PUEO dapat mengungkap informasi lebih lanjut tentang apa yang menyebabkan sinyal anomali Antartika yang dideteksi oleh ANITA.
“Saat ini, ini adalah salah satu misteri yang sudah lama ada,” kata Wissel. “Saya gembira bahwa saat kita menerbangkan PUEO, kita akan memiliki sensitivitas yang lebih baik. Pada prinsipnya, kita seharusnya dapat lebih memahami anomali ini yang akan sangat membantu dalam memahami latar belakang kita dan pada akhirnya mendeteksi neutrino di masa mendatang.”
Gorham menambahkan bahwa PUEO, akronim yang merujuk pada burung hantu Hawaii, seharusnya memiliki kepekaan untuk menangkap banyak sinyal anomali Antartika dan membantu ilmuwan menemukan jawaban. “Kadang-kadang Anda harus kembali ke papan gambar dan benar-benar mencari tahu apa saja hal-hal ini,” kata Wissel. “Skenario yang paling mungkin adalah bahwa hal itu merupakan fisika biasa yang dapat dijelaskan, tetapi kami mencoba mencari tahu apa saja hal-hal itu.”
