نوترینو یکی از گریزناپذیرترین ذرات جهان است که پس از ماده تاریک فوق اسرارآمیز دوم است. آنها در برهمکنش هسته ای ضعیف شرکت می کنند و مسئول همجوشی و فروپاشی هسته ای هستند. هر زمان که چیزی هسته ای اتفاق می افتد، نوترینوها وجود دارند. برای مثال، هسته خورشید یک واکنش همجوشی هسته‌ای غول‌پیکر است، بنابراین البته مقدار زیادی نوترینو تولید می‌کند. دانشمندان می گویند اگر بتوانید انگشت شست خود را به سمت خورشید نگه دارید، تقریباً 60 میلیارد نوترینو در هر ثانیه از ناخن شست شما عبور می کند. اما نوترینوها چنان به ندرت با ماده تعامل دارند که حتی اگر تریلیون ها و تریلیون ها از آنها در هر ثانیه از بدن شما عبور می کنند، در طول زندگی شما تعداد کل نوترینوهایی که واقعاً به بدن شما برخورد می کنند بیش از یک نفر نیست.
نوترینوها آنقدر شبح مانند هستند که برای چندین دهه فیزیکدانان تصور می کردند که این ذرات اصلا جرمی ندارند و با سرعت نور در جهان حرکت می کنند. مطالعات اخیر ثابت کرده است که نوترینوها کم هستند، اما مهم هستند. مقدار دقیق جرم موضوع تحقیقات علمی فعال است. سه نوع نوترینو وجود دارد: نوترینو الکترونی، نوترینو میون و نوترینو تاو. هر کدام در انواع مختلفی از واکنش های هسته ای نقش دارند و متأسفانه، هر سه نوع نوترینو توانایی عجیبی برای تغییر هویت در حین سفر دارند.
جرم نوترینو در مدل استاندارد فیزیک ذرات، نظریه فعلی و بهترین برهمکنش های بنیادی ما، هیچ توضیحی ندارد. بنابراین فیزیکدانان دوست دارند دو کار انجام دهند: اندازه گیری جرم سه نوع نوترینو و درک اینکه این جرم ها از کجا می آیند. این بدان معناست که آنها باید آزمایش های زیادی انجام دهند.
به عنوان مثال، آزمایش Kamiokande در ژاپن، تشخیص نوترینوهای ساطع شده توسط ابرنواختر 1987A را ممکن کرد. برای این کار به یک مخزن با بیش از 50 هزار تن آب نیاز داشتند. رصدخانه نوترینوهای IceCube در قطب جنوب تصمیم گرفت تا سطح را افزایش دهد. این رصدخانه از یک کیلومتر مکعب جامد از یخ در قطب جنوب تشکیل شده است که ده ها رشته گیرنده به اندازه برج ایفل یک کیلومتر در یخ فرو رفته اند. پس از ده سال کار، IceCube برخی از پرانرژی ترین نوترینوهای تاریخ را شناسایی کرده و اولین گام ها را برای یافتن منشا آنها برداشته است.
همچنین جالب:
- اولین ذرات در جهان دوباره خلق شده اند. هشدار اسپویلر: آنها عجیب به نظر می رسند
- فیزیکدانان اوکراینی در کشف یک ذره بنیادی جدید - اودرون شرکت کردند
چرا هم Kamiokande و هم IceCube اینقدر آب مصرف می کنند؟ دانشمندان می گویند که یک قطعه بزرگ تقریباً هر چیزی می تواند آشکارساز نوترینو باشد، اما آب خالص ایده آل است. وقتی یکی از تریلیون‌ها نوترینو که از کنار آن عبور می‌کنند با یک مولکول تصادفی آب برخورد می‌کند، فلاش نوری کوتاهی از خود ساطع می‌کند. رصدخانه ها حاوی صدها گیرنده نوری هستند و خلوص آب به این آشکارسازها اجازه می دهد تا جهت، زاویه و شدت فلاش را بسیار دقیق تعیین کنند (اگر آب ناخالصی داشته باشد، بازسازی جایی که فلاش از داخل فلاش آمده است دشوار خواهد بود. جلد).
این مطالعات برای جستجوی نوترینوهای معمولی و «روزمره» مناسب هستند. اما پرانرژی‌ترین نوترینوها بسیار نادر هستند و جذاب‌ترین و جالب‌ترین آنها هستند زیرا تنها می‌توانند توسط بزرگترین رویدادهای غول پیکر در جهان ایجاد شوند.
متأسفانه، تمام قدرت IceCube، پس از یک دهه رصد، توانست تنها تعداد انگشت شماری از این نوترینوهای فوق قدرتمند را به تصویر بکشد. تیم آزمایش نوترینو اقیانوس آرام (P-ONE) پیشنهاد تبدیل یک قطعه ایزوله اما وسیع از اقیانوس آرام را به آشکارساز نوترینو داده است. فرض بر این است که رشته‌های طولانی و کیلومتری آشکارسازهای نوری با شناورهایی که به آنها متصل شده‌اند، به پایین اقیانوس فرو می‌روند، به طوری که آشکارسازها به صورت عمودی در آب مانند جلبک‌های مکانیکی غول‌پیکر قرار می‌گیرند.
در حال حاضر، طرح P-ONE شامل هفت خوشه 10 رشته ای است که هر کدام شامل 20 عنصر نوری است. این در مجموع 1400 ردیاب نوری است که در اقیانوس آرام در فاصله چند کیلومتری شناور هستند. هنگامی که نوترینوها به آب اقیانوس برخورد می کنند و فلاش کوچکی ایجاد می کنند، آشکارسازها قادر خواهند بود آن را ردیابی کنند.
اما اقیانوس آرام با نمک، پلانکتون و انواع ضایعات ماهی در اطراف آن شناور است. این رفتار نور بین رشته ها را تغییر می دهد و اندازه گیری دقیق را دشوار می کند. بنابراین، دانشمندان خاطرنشان کردند که این آزمایش به کالیبراسیون ثابت برای تنظیم همه متغیرها و ردیابی قابل اعتماد نوترینوها نیاز دارد. با این حال، تیم P-ONE روی این موضوع کار می‌کند و در حال برنامه‌ریزی برای ایجاد یک نسخه نمایشی دو جریانی کوچکتر به عنوان اثبات مفهوم است.
همچنین بخوانید:
- اخترفیزیکدانان برای اولین بار ادغام ستاره های نوترونی و سیاهچاله ها را ردیابی کردند
- یک ذره هیبریدی تازه کشف شده می تواند الکترونیک را متحول کند