جرم و نوترينو‌هاي جرم‌دار و ميدان هيگز ( قسمت اول )

در مدل استاندارد فرض می‌شود که نوترینو بی‌جرم است. چون اندازه‌گیری جرم آن هر قدر هم که باشد، هنوز در پرده‌ای از ابهام است. مقدار آن به اندازه‌ای کم است که شاید صفر باشد. با این حال، هیچ اصل بنیادی شناخته‌شده‌ای را نمی‌دانیم که بی‌جرم بودن نوترینو را ضروری شمارد.
در واقع اکنون می‌دانیم که نوترینوها جرم دارند. جرمی که حتی در مقایسه با جرم الکترون بی‌اندازه کوچک است. ولی به هر حال صفر نیست.
سه گونه شناخته‌شده نوترینو وجود دارد:

۱- نوترینوی‌ الکترون یا به اختصار نو ال
2- نوترینوی میون یا به اختصار نو میو
3 – نوترینوی تائو یا به اختصار نو تاو

واکنش‌های همجوشی در دل خورشید، نوترینوهای الکترون گسیل می‌کند. در مکانیک کوانتومی، ذره‌ها خصلت موج‌ مانند دارند. همانطور که نوسان‌های میدان الکترومغناطیسی می‌تواند خصلت ذره‌آی از خود بروز دهد – فوتون‌ها- ذره‌هایی مانند نوترینوها هم حین حرکت در فضا، نوسان‌های موج مانند دارند. در واقع، این موج، موجی با احتمال متغییر است. چیزی که در ابتدا به صورت نو ال است و ضمن حرکت، احتمالش تغییر می‌کند و با دور شدن از چشمه از نول ال به نو میو یا نو تاو تبدیل می‌شود. اما برای آنکه این اتفاق بیافتد، نوترینوها باید جرم‌های متفاوت داشته باشند. یعنی این که همه‌ی آنها نمی‌توانند بی‌جرم باشند.

شدت نوترینوهای الکترون که از خورشید می‌آیند به مدت چند دهه اندازه‌گیری شده است. با توجه به دانش ما از نجوه کار خورشید، می‌شود تعداد نو ال‌های تولید شده و بنابراین شدت آنهایی را که به زمین می‌رسند، حساب کرد. اما، هنگامی که اندازه‌گیری انجام شد، آشکار شد که شدت نو ال‌هایی که به ما می‌رسد به اندازه‌ی‌ یک ضریب دو یا سه کمتر از آن است که انتظار می‌رفت. این نخستین نشانه‌ای بود که از جرم دار بودن نو ال و تبدیل آن به گونه‌های دیگر نوترینو در طول مسیر حکایت می‌کرد. نا به هنجاری‌‌های مشابهی هم در مخلوط نوال و نوترینویی که از برخورد پرتوهای کیهانی با اتم‌ها در جو فوقانی تولید می‌شوند، دیده شده بود. مجموعه‌ای از آزمایش‌های خاص در اواخر قرن بیستم، ثابت کرد که نوترینوها در واقع دارای جرم‌آند و به هنگام حرکت از گونه‌ای به گونه دیگر تبدیل می‌شوند.

در SNO – رصدخانه نونترینو در سادبری اونتاریو – نه تنها توانستند گونه‌ی نو ال آمده از خورشید را آشکارسازی کنند (که کمبود را نشان می‌داد) بلکه تعداد کل همه انواع نوترینو را برشمردند. (که نشان می‌داد تعداد کل همان است که پیش‌بینی شده بود). این آزمایش نشان داد که نو ال واقعا تغییر کرده است، اما به تنهایی نتوانست تعیین کند که تبدیل به کدام نوع را ترجیح می‌دهد.
از این به بعد بود که آزمایش‌های “خط مبنای بلند” آغاز شد. در شتابدهنده‌هایی همچون سرن (CERN)، آزمایشگاه فرمی یا آزمایشگاه کک (KEK) در ژاپن، باریکه‌‌های تحت کنترل نوترینو تولید می شود. انرژی، شدت و ترکیب باریکه‌های نوترینو (عمدتاً نومیو)، در چشمه آنها زیر نظر گرفته می‌شود و سپس به زیر زمین هدایت و چند صد کیلومتر دورتر در آزمایشگاه‌های زیرزمینی آشکارسازی می‌شوند. از مقایسه ترکیب باریکه‌های نهایی و باریکه‌های ارسال شده می‌توان تعیین کرد که کدام چاشنی به کدام چاشنی دیگر نوسان می‌کند و با چه سرعت این کار انجام می‌گیرد. از این جا، محاسبه‌ی جرم نسبی آن‌ها ممکن است (از نظر فنی، با این روش، تفاوت مجذور جرم آنها تعیین می‌شود)
با تعیین الگوی جرم آنها، برخی از پارامترهای ناشناخته‌ی مدل استاندارد به دست خواهد آمد. نمی‌دانیم چرا اندازه چرم کوارک‌ها و لپتون‌های باردار همان چیزی است که هست. این که چنین مقدارهایی دارند، از نظر وجود ما بسیار مهم است. بنابراین، فهمیدن این مطلب پیشرفت بزرگی خواهد بود. بنابراین تعیین نوترینوها، می‌تواند رمز اساسی گشایش این معما را فراهم کند.

جرم نوترینوها هم می‌تواند در کیهان‌شناسی هم اثر داشته باشد. نوترینوهای جرم‌دار ممکن است در تشکیل هسته‌های اولیه کهکشان‌ها و در توضیح سرشت ماده تاریک که در سراسر عالم پراکنده است و هنوز معمایی حل نشده است، نقش داشته باشد. به علاوه هنوز این معمای حل نشده را داریم که چرا برهم‌کنش ضعیف، تقارن آینه‌ای را نقض می‌کند. نوترینوها ابزار ویژه‌ی‌ کاویدن برهم‌کنش‌ ضعیف‌اند و از این رو بررسی بیشتر ویژگی‌های آنها ممکن است به کشف‌های دور از انتظار بیانجامد.
تعیین اندازه جرم نوترینوها، در حال حاضر یکی از اصلی‌ترین چالش‌های رویاروی فیزیک‌دان‌های ذرات است. این مطلب به طور طبیعی به پرسش حتی بزرگتر می‌انجامد:
جرم خود چه ماهیتی دارد؟

ادامه دارد »»»»»»»»»

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=2697