نویز‌های محیطی با کمک آشکارساز کروی و غول‌پیکر JUNO

به گزارش مجله خبری نگار،داده‌های جدید رصدخانه زیرزمینی JUNO نشان می‌دهد پژوهشگران اکنون با دقتی بی‌سابقه در حال بررسی رفتار این «ذرات شبح» هستند.

این یافته‌ها می‌توانند به یکی از مهم‌ترین پرسش‌های فیزیک مدرن پاسخ دهند: جرم واقعی نوترینو‌ها چقدر است و این ذرات هنگام حرکت در فضا چگونه تغییر می‌کنند؟

رصدخانه JUNO چگونه نوترینو‌ها را شکار می‌کند؟

رصدخانه زیرزمینی Jiangmen Underground Neutrino Observatory یا JUNO برای مطالعه یکی از مرموزترین اجزای جهان ساخته شده است. این آشکارساز عظیم که در چین قرار دارد، نخستین نتایج مهم خود را روز چهارشنبه منتشر کرد.

این مرکز از ماه اوت جمع‌آوری داده‌ها را آغاز کرده بود تا نوترینو‌ها را مطالعه کند؛ ذرات میکروسکوپی کیهانی که قدمت آنها به دوران Big Bang یا انفجار بزرگ بازمی‌گردد. هر ثانیه تریلیون‌ها نوترینو بدون ایجاد هیچ آسیبی از بدن انسان عبور می‌کنند.

یکی از دلایل دشواری مطالعه این ذرات، جرم بسیار ناچیز آنهاست. همین ویژگی باعث شده تشخیص و اندازه‌گیری نوترینو‌ها برای دهه‌ها یکی از چالش‌های بزرگ فیزیک باشد.

انتشار نخستین نتایج در Nature

در مطالعه‌ای که روز چهارشنبه در نشریه علمی Nature منتشر شد، تیم JUNO نتایج اولیه حاصل از دو ماه جمع‌آوری داده را ارائه کرد.

مهم‌ترین بخش این یافته‌ها شامل دقیق‌ترین اندازه‌گیری انجام‌شده تاکنون درباره نحوه تغییر نوترینو‌ها میان سه نوع مختلف یا به اصطلاح علمی «Flavor» است. این ذرات هنگام حرکت در فضا می‌توانند از یک نوع به نوع دیگر تبدیل شوند.

Kate Scholberg فیزیکدان دانشگاه Duke که در این پژوهش حضور نداشت، درباره نتایج منتشرشده گفت:

«این نتایج باعث شده از هم‌اکنون مشتاق کشف‌های هیجان‌انگیز آینده باشم.»

آشکارسازی آنتی‌نوترینو‌ها در عمق ۷۰۰ متری زمین

آشکارساز کروی و غول‌پیکر JUNO در عمق ۷۰۰ متری زیر زمین قرار گرفته است. این موقعیت به دانشمندان کمک می‌کند تا نویز‌های محیطی را کاهش دهند و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری انجام دهند.

این مرکز آنتی‌نوترینو‌هایی را بررسی می‌کند که از واکنش‌های هسته‌ای در دو نیروگاه هسته‌ای نزدیک محل رصدخانه تولید می‌شوند.

آنتی‌نوترینو چیست؟

آنتی‌نوترینو‌ها ذرات پادهمتای نوترینو‌ها هستند و از نظر علمی به عنوان «پادذره» شناخته می‌شوند. این ذرات نیز به اندازه نوترینو‌ها اسرارآمیز هستند.

دانشمندان از آنتی‌نوترینو‌ها به عنوان ابزاری برای درک بهتر رفتار و سازوکار نوترینو‌ها استفاده می‌کنند.

هنگامی که آنتی‌نوترینو‌ها با ذرات ویژه موجود در آشکارساز برخورد می‌کنند، جرقه‌های نوری بسیار کوچکی تولید می‌شود. همین نور‌ها اطلاعات ارزشمندی درباره ویژگی‌های این ذرات در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهد.

راز بزرگ جرم نوترینو‌ها هنوز حل نشده است

یکی از اهداف اصلی پروژه JUNO حل یکی از طولانی‌ترین معما‌های فیزیک ذرات است: تعیین ترتیب جرم سه نوع نوترینو.

بر اساس نظریه‌های فعلی:

سه نوع نوترینو وجود دارد.

جرم دو نوع از آنها بسیار نزدیک به یکدیگر است.

نوع سوم ساختار جرمی متفاوتی دارد.

با این حال دانشمندان هنوز نمی‌دانند آیا دو نوع از نوترینو‌ها سنگین‌تر هستند یا تنها یک نوع سبک‌تر است.

نخستین نتایج چه چیزی را نشان می‌دهند؟

Liangjian Wen از اعضای همکاری علمی JUNO و یکی از نویسندگان مقاله اعلام کرد که داده‌های اولیه هنوز پاسخ نهایی این پرسش بنیادی را ارائه نمی‌کنند.

با این حال نتایج جدید نشان می‌دهد توانایی آشکارساز بسیار فراتر از انتظارات اولیه است و می‌تواند کوچک‌ترین تفاوت‌ها و نوسانات میان انواع مختلف نوترینو و جرم آنها را شناسایی کند.

به گفته Wen، این سامانه قادر است ظریف‌ترین نوسان‌هایی را که انواع نوترینو‌ها را از نظر جرمی از یکدیگر متمایز می‌کند، مورد آزمایش قرار دهد.

اهمیت کشف جدید برای درک جهان چیست؟

نوترینو‌ها از بنیادی‌ترین ذرات تشکیل‌دهنده جهان هستند. شناخت دقیق جرم و رفتار آنها می‌تواند به دانشمندان در فهم بهتر منشأ جهان، تحول کیهان پس از انفجار بزرگ و حتی قوانین بنیادین فیزیک کمک کند.

نخستین نتایج JUNO نشان می‌دهد جامعه علمی اکنون ابزار قدرتمندی در اختیار دارد که می‌تواند در سال‌های آینده به پاسخ برخی از مهم‌ترین پرسش‌های فیزیک مدرن منجر شود.

سوالات متداول

نوترینو چیست؟

نوترینو یک ذره بنیادی بسیار سبک است که به ندرت با ماده برهم‌کنش می‌کند و هر ثانیه تعداد بسیار زیادی از آن از بدن انسان عبور می‌کند.

چرا به نوترینو «ذره شبح» گفته می‌شود؟

زیرا این ذرات تقریباً بدون برخورد با ماده حرکت می‌کنند و تشخیص آنها بسیار دشوار است.

رصدخانه JUNO کجا قرار دارد؟

این رصدخانه در چین و در عمق ۷۰۰ متری زیر زمین ساخته شده است.

آنتی‌نوترینو چه تفاوتی با نوترینو دارد؟

آنتی‌نوترینو پادذره نوترینو است و دانشمندان از آن برای مطالعه بهتر رفتار نوترینو‌ها استفاده می‌کنند.

مهم‌ترین هدف پروژه JUNO چیست؟

تعیین دقیق ویژگی‌های نوترینو‌ها و حل معمای ترتیب جرم سه نوع مختلف این ذرات.

جمع‌بندی

داده‌های اولیه نوترینو از رصدخانه زیرزمینی JUNO گام مهمی در مسیر شناخت یکی از مرموزترین ذرات جهان محسوب می‌شود. اگر این روند ادامه پیدا کند، دانشمندان ممکن است در سال‌های آینده به پاسخ پرسش‌هایی برسند که دهه‌ها ذهن فیزیکدانان را به خود مشغول کرده است. 

منبع: فوت وفن