النيوترينو هو ربما أكثر الجسيمات جاذبية في العالم الذري. هذا الجسيم الأساسي الخفيف الوزن يتفاعل فقط مع القوة النووية الضعيفة وقوة الجاذبية الأضعف بكثير. بفضل هذه الروابط الضعيفة مع أشكال أخرى من المادة، يمكن للنيوترينو أن يمر عبر الأرض بأكملها مع فرصة ضئيلة للغاية للتصادم مع ذرة. الأشباح، الذين يقال أنهم قادرون على المرور خلال الجدران، ليس لديهم شيء مقارنة بالنيوترينو.
النيوترينو وتذبذبه
النيوترينو ليس لديه هوية ثابتة. يمكن للأشكال الثلاثة المعروفة للنيوترينو أن تتحول إلى بعضها البعض من خلال عملية دورية تسمى تذبذب النيوترينو. بالإضافة إلى كونها أشباحًا دقيقة، فهي أيضًا تمويهات كمية.
الإشارات المربكة
الأنواع الثلاثة المعروفة للنيوترينو هي نيوترينو الإلكترون ونيوترينو الميون ونيوترينو التاو، والتي تحمل اسم الجسيم المشحون الذي يتم إنتاجه معها. في وقت مبكر من فهمنا لفيزياء النيوترينو، بدا أن كل هذه الأنواع مختلفة عن الأخرى. ومع ذلك، أصبحت الحالة أكثر غموضًا في الستينيات والسبعينيات، عندما بدأت التجارب تظهر نتائج مربكة.
تجربة مينيبوني
للمساعدة في حل هذا اللغز، قام الباحثون في مختبر فيرميلاب الوطني في باتافيا، إلينوي، ببناء تجربة تسمى مينيبوني (تجربة النيوترينو المحسنة). الفكرة كانت بناء كاشف باستخدام تقنية مماثلة لتجربة LSND ولكن مع مصدر مختلف للجسيمات وقدرات كاشف محسنة لرؤية ما إذا كان العلماء يمكنهم توضيح الوضع.
برنامج النيوترينو ذو القاعدة القصيرة
لتحديد ما إذا كانت النيوترينو العقيمة موجودة بالفعل، قام الباحثون في فيرميلاب ببناء كاشفين جديدين يأملون في حل الوضع مرة واحدة وإلى الأبد. يُطلق على المشروع البحثي العام اسم برنامج النيوترينو ذو القاعدة القصيرة (SBN). يعكس الاسم حقيقة أن الكاشفين سيكونان منفصلين بمسافة أقصر من تجارب تذبذب النيوترينو التقليدية.
الإجابة النهائية
لتحديد ما إذا كانت النيوترينو العقيمة موجودة، قام الباحثون في فيرميلاب ببناء كاشفين جديدين يأملون في حل الوضع مرة واحدة وإلى الأبد. يُطلق على المشروع البحثي العام اسم برنامج النيوترينو ذو القاعدة القصيرة (SBN). الكاشفان موجودان على نفس الشعاع النيوترينو الذي تم استخدامه في تجارب مينيبوني وميكروبوني. يستخدم الكاشفان السائل الأرجون لاكتشاف تفاعلات النيوترينو. يتم تحديد تركيبة الشعاع النيوترينو في الكاشفين وتحديد عدد النيوترينو التي تغيرت في النكهة أثناء انتقالها من كاشف إلى آخر.
ماذا بعد؟
تجارب فيزياء الجسيمات نادراً ما تؤدي إلى إعلانات سريعة للنتائج، وهذا ينطبق بشكل خاص على تجارب النيوترينو التي تتمتع بمعدل تفاعل منخفض للغاية. سيتعين على الباحثين تسجيل التصادمات لعدة سنوات لجمع بيانات كافية لتحديد ما إذا كانت تدعم فرضية النيوترينو العقيمة. بالإضافة إلى البحث عن النيوترينو العقيمة، يتوقع العلماء أن يسجل كاشف SBND 20 إلى 30 مرة من التفاعلات بين النيوترينو وذرات الأرجون مما تم رؤيته في الماضي. ستوفر هذه البيانات المهمة إسهامًا هامًا في جهود فيرميلاب الأخرى المتعلقة بالنيوترينو، مثل تجربة النيوترينو تحت الأرض العميقة (DUNE)، التي ستكون أكبر بكثير من أي شيء سبقها. ستركز DUNE على استكشاف خصائص تذبذب النيوترينو التي تختلف عن تلك التي تمت دراستها بواسطة SBN وستركز على مسألة ما إذا كانت النيوترينو المادة والنيوترينو المضادة تتذبذب بنفس الطريقة. تحت الإنشاء حاليًا ومن المتوقع أن تبدأ DUNE العمل في أواخر العقد 2020 أو في بداية العقد 2030. بالإضافة إلى التحقيقات الحاسمة لبرنامج SBN في النيوترينو العقيم، ستساهم الفهم المحسن لتفاعلات النيوترينو مع المادة التي يمكن تحقيقه بواسطة هذا البرنامج في تحليلات DUNE، مما يؤدي إلى استنتاجات أسرع.
للنيوترينو تاريخ طويل من إثارة فضول العلماء، منذ اقتراح الجسيم لأول مرة في عام 1930 حتى اكتشاف وجود أنواع متعددة من النيوترينو في عام 1962، وحتى الاكتشاف في بداية القرن الحادي والعشرين أن النيوترينو يمكن أن يتحول هويته. إذا تبين أن النيوترينو العقيمة موجودة، فإن الفيزيائيين سيضطرون إلى إضافة مفاجأة أخرى إلى القائمة. بغض النظر عن النتيجة، فمن الواضح أن النيوترينو المتواضع لا يزال لديه قصص ليرويها.
اترك تعليقاً