ANITA s'apprête à décoller de l'Antarctique, près de la gare McMurdo, en décembre 2016. NASA

Quelque chose d'étrange se passe au-dessus du paysage gelé de l'Antarctique.

Lorsque les scientifiques ont lancé une mission de ballon scientifique appelée Antenne transitoire impulsionnelle antarctique (ANITA) au-dessus du continent en 2006, un rayon cosmique a cinglé l'un de ses instruments. Ce n'est pas si étrange. Les rayons cosmiques volent de l'espace profond tout le temps, et ANITA peut les détecter et mesurer leurs énergies. Mais à cette occasion, le rayon cosmique n'est pas venu d'en haut, c'est venu de au dessous de . Cette particule de haute énergie avait émergé de la glace et avait voyagé vers le haut à travers l'atmosphère. Ce n'est pas quelque chose que les rayons cosmiques sont censés faire.

Lors d'un autre vol ANITA en 2014, c'est arrivé de nouveau .

Les rayons cosmiques proviennent de certains des endroits les plus énergétiques de l'univers - des supernovas aux gueules tourbillonnantes des trous noirs. Voir un rayon cosmique émerger de la terre suggère que cette particule a voyagé depuis l'espace lointain et traversé de part en part la planète avant d'émerger de l'autre côté. D'après la physique, cependant, c'est impossible.

La chose avec des rayons cosmiques, qui sont des protons de haute énergie et des noyaux atomiques, est qu'ils ont de grandes sections transversales. En d'autres termes, ils n'ont aucun problème à interagir avec la matière. Si un rayon cosmique frappe la Terre, il sera stoppé net par l'atmosphère, comme une balle frappant un parpaing. Inversement, les neutrinos ont de très petites sections efficaces, ce qui signifie que ces particules fantomatiques traversent la matière comme si elle n'était même pas là. Les neutrinos interagissent si faiblement avec la matière que des milliards d'entre eux traversent notre corps sans entrave chaque seconde. Mais les particules détectées par ANITA n'étaient pas des neutrinos, ils étaient (ce qui semble être) des rayons cosmiques, et ils ont traversé directement notre planète comme si elle n'était même pas là. Franchement, ces rayons cosmiques ne sont pas normaux.

Maintenant, les chercheurs ont revisité ces événements ANITA dans une étude soumise en septembre 2018 et ont trouvé trois détections similaires de rayons cosmiques ascendants dans une autre expérience en Antarctique appelée IceCube, un détecteur de particules enfoui dans la glace. Ils sont arrivés à une conclusion étonnante :ils ne sont pas réguliers, Rayons cosmiques du modèle standard ; ils pourraient être la preuve d'une physique exotique.

La physique exotique fait référence à une physique que nous ne comprenons pas actuellement, et les scientifiques l'appellent « la physique au-delà du modèle standard ». Le modèle standard est une sorte de livre de recettes qui indique à l'univers comment les particules subatomiques (des électrons aux photons en passant par les quarks) devraient se comporter. Lorsque le Grand collisionneur de hadrons (LHC) a découvert le boson de Higgs en 2012 – la particule qui confère à la matière une masse – le modèle standard était terminé; le cadre théorique qui décrit toutes les interactions jusqu'aux échelles subatomiques avait été bouclé.

Il y avait, cependant, un problème. En réalité, il y en avait plusieurs. Le modèle standard n'explique pas ce que sont la matière noire et l'énergie noire. Cela ne peut pas non plus expliquer pourquoi la majorité de l'univers est faite de matière plutôt que d'antimatière. Il y a aussi la question de la masse des neutrinos - le modèle standard est loin d'être là, trop. Il existe de nombreux mystères qui ne peuvent être expliqués par le livre de recettes du modèle standard, les physiciens sont donc à pied d'œuvre pour essayer de trouver des preuves d'un livre de recettes qui gouverne l'univers dans l'ombre.

Étonnamment, les expériences les plus complexes sur Terre n'ont pas encore trouvé de preuves concluantes de ce royaume obscur, bien qu'il y ait des indices. Et, selon les chercheurs enquêtant sur les anomalies ANITA et IceCube, ces détections de rayons cosmiques ont peut-être ouvert une fenêtre sur la physique au-delà du modèle standard, fournissant des preuves de particules qui ressemblent à des rayons cosmiques et pourtant ne te comporte pas comme rayons cosmiques.

"[S]ous des extrapolations prudentes des interactions [du modèle standard], aucune particule ne peut se propager à travers la Terre [...] à ces énergies et angles de sortie. Nous explorons ici si des particules "au-delà du modèle standard" sont nécessaires pour expliquer les événements ANITA, si correctement interprété, et conclure qu'ils sont, " écrivent les chercheurs dans leur étude.

"Supersymmetry" (ou SUSY) est un hypothétique livre de recettes de physique exotique qui peut aider à expliquer ce qui se passe. Cette hypothèse suggère que toutes les particules que nous connaissons et aimons ont des particules SUSY (alias « particules »). Ces particules fourniraient un équilibre au modèle standard et pourraient expliquer certains des mystères qui confondent les physiciens et les cosmologistes. Ces rayons cosmiques fantômes pourraient-ils en fait être un tout autre type de particule émergeant de la supersymétrie ?

Il est trop tôt pour le dire, et plus de données sont nécessaires, mais il est tentant de penser que nous avons peut-être accidentellement aperçu la physique au-delà du modèle standard à l'endroit le plus extrême de la Terre.

Maintenant c'est intéressant

Une particule est également connue sous le nom de superpartenaire. Nous préférons les particules.