شکار ذرات نامرئی؛ نتایج اولیه بزرگترین آشکارساز نوترینو جهان منتشر شد
در اعماق زمین در جنوب چین، یکی از بزرگترین و حساسترین آشکارسازهای فیزیک ذرات جهان برای نخستینبار نتایج علمی خود را منتشر کرده است. پروژه رصدخانه نوترینوی زیرزمینی جیانگمن (JUNO) با هدف بررسی نوترینوها، موسوم به «ذرات شبحگونه»، طراحی شده؛ ذراتی بنیادی که تقریباً بدون جرماند و بهطور مداوم از میان ماده عبور میکنند، بیآنکه اثر قابل توجهی بر جای بگذارند.
اکنون دادههای اولیه سامانه جونو نشان میدهد که حتی در ماههای نخست فعالیت، میتوان به اندازهگیریهایی بسیار دقیق از رفتار این ذرات دست یافت. این نتایج، هرچند هنوز به پرسشهای اصلی درباره جرم نوترینوها پاسخ نمیدهند، گامی مهم در مسیر یکی از چالشبرانگیزترین عرصههای فیزیک مدرن به شمار میروند؛ حوزهای که میتواند درک ما از ساختار بنیادی جهان را دگرگون کند.
نتایج اولیه شامل دقیقترین اندازهگیریهای انجامشده تاکنون از تغییر «طعم» نوترینوها هنگام حرکت است
نوترینوها ذراتی بنیادی، بسیار سبک و تقریباً بدون جرم هستند که از لحظه بیگبنگ تاکنون در کیهان حضور داشتهاند. این ذرات بهقدری فراواناند که هر ثانیه تریلیونها عدد از آنها بدون هیچگونه برهمکنش قابلتوجهی از بدن انسان عبور میکند. بااینحال، به دلیل جرم بسیار ناچیز و برهمکنش ضعیف با ماده، شناسایی آنها یکی از دشوارترین چالشهای فیزیک مدرن محسوب میشود.
آشکارساز جونو در عمق حدود ۷۰۰ متری زیر زمین در منطقه کایپینگ در استان گوانگدونگ چین ساخته شده است. این سازه کروی عظیم درون محفظهای زیرزمینی قرار دارد و با سامانهای پیچیده از حسگرها، کابلها و ساختارهای فلزی احاطه شده است. طراحی آن بهگونهای است که بتواند کوچکترین سیگنالهای حاصل از برخورد نوترینوها با ماده را شناسایی کند.
آشکارساز چین عمدتاً بر مطالعه آنتینوترینوها تمرکز دارد که نسخه پادمادهای نوترینوها بهشمار میآیند و از واکنشهای هستهای در دو نیروگاه نزدیک تولید میشوند. زمانی که این ذرات با محیط مایع داخل آشکارساز برخورد میکنند، جرقه نوری بسیار ضعیفی ایجاد میشود. این نور توسط میلیونها حسگر بسیار حساس ثبت و به دادههای قابل تحلیل تبدیل میشود.
- چین میخواهد در کشف یکی از بزرگترین اسرار فیزیک ذرات پیشگام باشد29 مهر 03مطالعه '3
- نوترینو: اسرارآمیزترین و عجیبترین ذرهی بنیادی شناخته شده13 آذر 96مطالعه '13
تیم پژوهشی جونو فقط پس از دو ماه جمعآوری داده، مجموعهای از دقیقترین اندازهگیریهای انجامشده تاکنون را درباره یکی از ویژگیهای مهم نوترینوها ارائه کرده است: تغییر «طعم» یا نوع این ذرات در هنگام حرکت. نوترینوها در سه نوع یا «طعم» مختلف وجود دارند و میتوانند در مسیر حرکت خود میان این حالتها تغییر کنند؛ پدیدهای که به آن نوسان نوترینویی گفته میشود.
با وجود دستاورد مورد بحث، نتایج اولیه هنوز به یکی از بزرگترین پرسشهای حلنشده در فیزیک پاسخ ندادهاند: جرم دقیق هر یک از سه نوع نوترینو. دانشمندان میدانند که دو نوع از آنها جرمهایی نزدیک به هم دارند، اما هنوز مشخص نیست که آیا این دو سنگینتر هستند یا سبکتر و نوع سوم چه جایگاهی دارد.
بااینحال، پژوهشگران تأکید میکنند که همین نتایج اولیه نشان میدهد آشکارساز جونو توانایی لازم برای بررسی بسیار دقیق این تفاوتهای ظریف را دارد. لیانگجیان ون، از اعضای پروژه میگوید این سامانه در آینده قادر خواهد بود این تغییرات بسیار جزئی در جرم و رفتار نوترینوها را با دقت بالاتری بررسی کند.
پروژه جونو بخشی از تلاش جهانی گستردهتر برای مطالعه نوترینوها است. دو آزمایش بزرگ دیگر نیز در حال توسعه قرار دارند: هایپر-کامیوکانده ژاپن و آزمایش نوترینوی زیرزمینی عمیق آمریکا. این دو پروژه در دهه آینده آغاز به کار خواهند کرد و با روشهای مستقل، نتایج جونو را مورد بررسی قرار خواهند داد.
دانشمندان امیدوارند با ترکیب دادههای این آزمایشها بتوانند به یکی از بنیادیترین پرسشهای فیزیک نوین پاسخ دهند: اینکه نوترینوها دقیقاً چه مقدار جرم دارند و چگونه در شکلگیری ساختار کیهان نقش ایفا کردهاند.
پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.