ذرات اسرارآمیز “نوترینو”

10
2405

بیگ بنگ: نوترینوها چه ذراتی هستند؟ ذرات شبح مانندی که در همه جای کیهان پخش هستند، جالب است بدانید که هم اکنون که مشغول خواندن این مطلب هستید در هر ثانیه صدها میلیارد ذره شبح مانند نوترینو بدون آنکه متوجه شوید در حال عبور از بدن شما هستند.

physics -

اغلب اين ذرات شبح‌گون كه به ما مي‌رسند، در واكنش‌هاي گرما هسته‌اي كه در قلب خورشيد و سایر ستارگان ایجاد شده توليد شده‌اند. از آنجایی که نوترینوها برهم کنش بسیار ضعیفی با سایر ذرات ماده دارند، بنابراین بدون هیچ مانعی از میان ذرات دیگر عبور می کنند. بعنوان مثال اين نوترينوها از قلب ستاره ها به تمامي جهات در پهنه كيهان گسيل مي‌شوند و هيچ چيز جلودار آنها نيست. آنها در مسير حركت خود به سياره ما مي‌رسند، از يك طرف وارد كره زمين شده و به راحتي از طرف ديگر آن بيرون مي‌روند گويي كه هيچ چيز در مسير حركت آنها نبوده است. محاسبات نشان مي‌دهند كه حتي يك سپر فرضي سُربي به ضخامت يك سال نوري هم نمي‌تواند بيش از نيمي از اين نوترينوها را متوقف نمايد.

وجود ذرات شبح مانند نوترينو براي نخستين‌بار در سال 1930 توسط ولفگانگ پائولي (1) ، فیزیکدان معروف اتریشی پيش‌بيني شده بود. داستان از اين قرار بود كه نتايج آزمايش‌هاي صورت گرفته بر روي واپاشي راديواکتيو بتا، با قوانين مشهور پايستگي انرژي و تكانه جور درنمي‌آمد. پائولي بر اين باور بود كه نقض ظاهري اين دو قانون بدان علت است كه در واپاشي بتا، ذره‌اي شبح‌مانند نيز توليد مي‌شود كه بدون آنكه با هيچ‌يك از دستگاه‌هاي آشكارساز ما برهم‌كنشي داشته باشد، مقداري از انرژي و تكانه واكنش را با خود مي‌برد. با فرض عجیب و در عین حال جسورانه پائولی، جست و جو برای کشف این ذرات اسرارآمیز و شبح مانند آغاز شد.

البته این نوترینوها آنچنان گریز پا بودند که به این سادگی ها در تله دستگاه های آشکارساز نمی افتادند، رفتار شبح مانند اين ذرات، به دام انداختن آنها را براي فيزيكدان‌ها غيرممكن كرده بود، تا نهايتاً 25 سال بعد، دو فيزيكدان به نام‌هاي فردريك راينز (2) و كلايد كوان (3) در سال 1956 موفق شدند با كمك گروه تحقيقاتي تحت رهبري خود، تعدادي از اين ذرات گريزپا را به دام بیندازند. راینز و کلاید در آزمایش خود از یک رآکتور هسته ای بعنوان چشمه تولید نوترینو استفاده کردند چرا که شدت نوترینوهای گسیل شده از رآکتورهای هسته ای به مراتب بیش از هر چشمه رادیواکتیو معمولی بود. آنها با استفاده از این چشمه فوق العاده پر شدت نوترینو توانستند از میان ده ها هزار میلیارد نوترینوی گریزپایی که در هر ساعت از دستگاه آشکارسازشان عبور می کرد. چند عدد را به دام انداخته و صید کنند و بطور رسمی در مقاله ای در 20 جولای 1956 در نشریه معروف ساینس به چاپ برسانند. کشف بسیار مهمی که منجر به اعطای جایزه نوبل سال 1995 به این دانشمندان شد.

دستاورد راينز و كوان، گام مهمي در شناخت فيزيك نوترينوها محسوب مي‌شد. اين دستاورد، راه را براي توسعه سيستم‌هاي آشكارساز نوترينو باز كرد. با توسعه چنين سيستم‌هايي مشخص شد كه نوترينوها علاوه بر قلب خورشيد و ستارگان، در انفجارهاي عظيم ابرنواختري نيز به ميزان بسيار فراوان ايجاد مي‌شوند. درواقع بيش از 99 درصد انرژي خارق‌العاده اين انفجارهاي كيهاني توسط نوترينوها حمل مي‌شود. امروزه مي‌دانيم كه نوترينو، يكي از فراوان‌ترين ذرات جهان است به‌طوري‌كه به ازاء هر پروتون، چيزي درحدود يك ميليارد نوترينو در جهان وجود دارد.

cq5dam.web.1280.1280رصدخانه نوترینوی آیس‌کیوب، رصدخانه‌ای در دل یخچال‌های قطب جنوب واقع در ایستگاه آموندسن-اسکات، دانشمندان در ماه نوامبر 2013 توانستد ۲۸ ذره نوترینوی پرانرژی را با انرژی بیشتر از ۵۰ تراالکترون‌‍ولت شناسایی کردند.

اكنون مي‌دانيم كه 3 نوع نوترينو در جهان وجود دارد و اينكه نوترينوها برخلاف تصور اوليه، فاقد جرم نيستند بلكه جرم اندكي دارند. اما تمامي اين ويژگي‌ها، ارتباط تنگاتنگي با بنيادي‌ترين نظريات موجود درمورد ذرات بنيادي و كيهان‌شناسي دارند. ذراتی که شاید در نهایت توضیحی برای ماده تاریک و اسرارآمیز جهان بدهند. علاوه بر این چون نوترینوها براحتی از میان همه چیز در جهان عبور می کنند می توانند بدون مانع چندانی از اعماق کیهان به ما رسیده و حامل اطلاعات ارزشمندی برای اختر فیزیکدان ها و کیهانشناسان باشند. به همین دلیل از زمان آشكارسازي اولين نوترينوها تا به امروز، دستگاه‌هاي آشكارساز نوترينو، روز به روز پيچيده‌تر و كامل‌تر شده‌اند تاجائيكه امروزه رصدخانه‌هاي عظيم نوترينو را حتي در زير يخ‌هاي قطبي و يا اعماق درياها نيز نصب مي‌كنند. در سايه تلاش‌هاي اين فيزيكدانان، شگفتي‌هاي بيشتري از ويژگي‌هاي اسرارآميز نوترينوها بر بشر آشكار شده است.

اينك، لحظه‌اي مكث كرده و دوباره به ميلياردها ذرات شبح مانندي كه پس از پيمودن يک سفر طولاني کيهاني هم‌اكنون درحال عبور از بدن شما هستند بينديشيد. به نظر مي رسد که آنها پيام مهمي براي انسان دارند.

پی  نوشت:

1- Wolfgang Pauli
2- Frederick Reines
3- Clyde Cowan



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

10 دیدگاه‌ها

    • تا اونجا که من میدونم ذره ی نوترینو اندکی جرم داره، در حالی که ذره که نه میدان هیگز علت جرم دار شدن ذرات دیگه و خودشون هستن، پس با هم متفاوتن