كتب – رامز يوسف:
أصبح علماء الفيزياء أقرب من أي وقت مضى، إلى الإجابة عن الأسئلة الأساسية حول أصول الكون من خلال معرفة المزيد عن أصغر جزيئاته.
يكثف العلماء أبحاثهم حول النيوترينوات، وهي جسيمات غامضة تمر عبر المادة دون عوائق تقريبًا. وتشمل الأهداف الرئيسية دراسة كيفية تغير أنواع النيوترينوات والبحث عن أصناف غير معروفة سابقًا، يمكن أن تغير الفهم الحالي للفيزياء.
سر النيوترينو العقيم
رسم الأستاذ ألكسندر سوزا من جامعة سينسيناتي خطة مفصلة للعقد القادم من الأبحاث العالمية حول النيوترينوات، وهي جسيمات صغيرة بشكل لا يصدق تسافر بسرعة الضوء تقريبًا وتمر عبر كل شيء تقريبًا بالتريليونات في كل ثانية.
النيوترينوات هي الجسيمات الأكثر وفرة ذات كتلة في الكون، ما يجعلها محورًا رئيسيًا للعلماء الذين يسعون إلى فهم الجوانب الأساسية للفيزياء.
تنتج هذه الجسيمات في عمليات مختلفة، بما في ذلك الاندماج النووي في الشمس، والتحلل الإشعاعي في المفاعلات النووية وقشرة الأرض، والتجارب في مسرعات الجسيمات. مع تحركها، يمكن للنيوترينوات أن تتحول بين 3 أنواع، في عملية لا تزال تثير فضول الباحثين.
لكن النتائج التجريبية غير المتوقعة جعلت علماء الفيزياء يشكون في وجود نكهة أخرى للنيوترينو، تسمى النيوترينو العقيم لأنه يبدو محصنًا ضد 3 من “القوى” الأربع المعروفة.
قال سوزا: “من الناحية النظرية، يتفاعل مع الجاذبية، لكنه لا يتفاعل مع الآخرين، القوة النووية الضعيفة، أو القوة النووية القوية، أو القوة الكهرومغناطيسية”.
بجانب البحث عن النيوترينوات المعقمة، قال زوبان إن الفيزيائيين ينظرون إلى الشذوذ التجريبي – الخلافات بين البيانات والنظرية – والتي سيكونون قادرين على اختبارها في المستقبل القريب من خلال التجارب القادمة.
أحد الأسئلة المطروحة هو لماذا يحتوي الكون على كمية أكبر من المادة مقارنة بالمادة المضادة إذا كان الانفجار العظيم قد خلق كليهما بنفس القدر. وقال سوزا إن أبحاث النيوترينو قد تقدم الإجابة.
وقال سوزا: “قد لا يحدث هذا فرقًا في حياتك اليومية، لكننا نحاول أن نفهم سبب وجودنا هنا. ويبدو أن النيوترينوات تحمل المفتاح للإجابة على هذه الأسئلة العميقة للغاية”.
DUNE: أحدث تجارب النيوترينو
يعتبر سوزا جزءًا من أحد أكثر مشاريع النيوترينو طموحًا والتي تسمى DUNE أو تجربة النيوترينو تحت الأرض العميقة التي أجراها مختبر فيرمي الوطني لتسريع الجسيمات. وحفر الطاقم منجم الذهب السابق في هومستيك على عمق 5000 قدم تحت الأرض لتثبيت أجهزة الكشف عن النيوترينو. وقال سوزا إن الأمر يستغرق حوالي 10 دقائق فقط حتى يصل المصعد إلى كهوف الكاشف.
وضع الباحثون أجهزة الكشف في أعماق الأرض لحمايتها من الأشعة الكونية والإشعاع الخلفي. وهذا يجعل من السهل عزل الجسيمات الناتجة عن التجارب.
ومن المقرر أن تبدأ التجربة في عام 2029 مع اثنين من وحدات الكاشف الخاصة بها لقياس النيوترينوات من الغلاف الجوي. ولكن بدءًا من عام 2031، سيطلق الباحثون في مختبر فيرمي شعاعًا عالي الطاقة من النيوترينوات على مسافة 800 ميل عبر الأرض إلى الكاشف المنتظر في ساوث داكوتا وآخر أقرب كثيرًا في إلينوي. المشروع عبارة عن تعاون بين أكثر من 1400 مهندس وفيزيائي وعلماء آخرين من مختلف أنحاء العالم.
وقال سوزا: “بفضل وحدتي الكشف هاتين وأقوى شعاع نيوترينو على الإطلاق، يمكننا القيام بالكثير. سيكون إطلاق برنامج DUNE مثيرًا للغاية. سيكون أفضل تجربة نيوترينو على الإطلاق”.
كانت الورقة مشروعًا طموحًا، حيث شارك فيها أكثر من 170 مساهمًا من 118 جامعة أو معهدًا و14 محررًا، بما في ذلك سوزا.
وفي الوقت نفسه، يشارك سوزا وأوريسانو من جامعة كاليفورنيا أيضًا في تجربة أخرى في مختبر فيرميلاب للنيوترينو تسمى NOvA والتي تدرس كيف ولماذا تتغير نكهة النيوترينوات وعكسها. في يونيو، أبلغت مجموعته البحثية عن أحدث النتائج التي توصلوا إليها، والتي قدمت القياسات الأكثر دقة لكتلة النيوترينو حتى الآن.
وهناك مشروع رئيسي آخر يسمى Hyper-Kamiokande، أو Hyper-K، وهو مرصد نيوترينو وتجربة قيد الإنشاء في اليابان. وقد تبدأ العمليات هناك في وقت مبكر من عام 2027 حيث يبحث أيضًا عن أدلة على وجود نيوترينوات معقمة، من بين أسئلة بحثية أخرى.
وقال زوبان من جامعة كاليفورنيا إن هذه المشاريع التي تبلغ قيمتها عدة مليارات من الدولارات تعد بالإجابة على الأسئلة الأساسية حول المادة والمادة المضادة وأصول الكون.
“حتى الآن، لا نعرف سوى معلمة واحدة في فيزياء الجسيمات لها قيمة غير صفرية، وتتعلق بخصائص الكواركات”، كما قال زوبان. وما إذا كان هناك شيء مماثل موجود أيضًا للنيوترينوات أم لا هو سؤال مفتوح مثير للاهتمام”.
وقال سوزا إن العلماء في جميع أنحاء العالم يعملون على العديد من التجارب الأخرى على النيوترينو والتي يمكن أن تقدم إجابات أو تولد أسئلة جديدة.
اقرأ أيضا:
