راز نوترینو‌های کیهانی؛ پروژه‌ای زیر یخ‌های قطب جنوب نوبل گرفت!

به گزارش مجله خبری نگار/بهار، رصدخانه آیس‌کیوب که بیش از یک‌ونیم کیلومتر زیر یخ‌های قطب جنوب قرار دارد، با استفاده از هزاران حسگر به دنبال شناسایی نوترینوهاست؛ ذراتی بسیار ریز که به‌ندرت با ماده برهم‌کنش می‌کنند و می‌توانند اطلاعاتی درباره منشأ خود و رویداد‌های دوردست کیهانی در اختیار دانشمندان قرار دهند.

رصدخانه‌ای در اعماق یخ‌های قطب جنوب

هالزن زمانی که ایده ساخت رصدخانه‌ای زیر قطب جنوب را مطرح کرد، با تردید‌های زیادی روبه‌رو شد. او در یک ضبط آرشیوی گفته است: «همه فکر می‌کردند این طرح جالب، اما غیرعملی است.»

رصدخانه آیس‌کیوب در محیطی دورافتاده و پوشیده از برف ساخته شده است؛ جایی که به گفته نائوکو کوراهاشی نیلسون، فیزیکدان دانشگاه درکسل و از پژوهشگران این پروژه، تا چشم کار می‌کند برف سفید دیده می‌شود و نشانی از زندگی یا ساختمان وجود ندارد.

برخلاف رصدخانه‌های معمولی که برای مشاهده آسمان طراحی شده‌اند، آیس‌کیوب درون یخ قرار گرفته است. این مجموعه از بیش از پنج هزار حسگر تشکیل شده که در حجمی به وسعت یک کیلومتر مکعب پراکنده‌اند. حسگر‌ها در تاریکی یخ به دنبال جرقه‌های نوری کوچکی هستند که هنگام برهم‌کنش نوترینو‌ها با ماده ایجاد می‌شود.

شکار ذراتی که به‌سختی شناسایی می‌شوند

نوترینو‌ها از ذرات بنیادی طبیعت هستند که به‌ندرت با ماده برخورد می‌کنند. به همین دلیل، شمار زیادی از آنها بدون آنکه اثری بر جای بگذارند از زمین عبور می‌کنند. با این حال، برخورد‌های نادر آنها با ماده می‌تواند نوری تولید کند که حسگر‌های آیس‌کیوب قادر به ثبت آن هستند.

یکی از دشواری‌های اصلی این پروژه، تشخیص نوترینو‌های آمده از فضا در میان انبوه ذراتی است که در جو زمین تولید می‌شوند. نیلسون این مسئله را به یافتن یک سوزن در انبار کاه تشبیه می‌کند و می‌گوید نسبت نوترینو‌های فضایی به ذرات مزاحم می‌تواند به یک در برابر یک تریلیون برسد.

پژوهشگران برای بررسی بهتر داده‌های این آشکارساز، حتی آنها را به صدا تبدیل می‌کنند؛ روشی که «صوت‌سازی داده‌ها» نام دارد. در این شیوه، داده‌های ثبت‌شده به شکل صوت درمی‌آیند تا دانشمندان بتوانند الگو‌های موجود را از راهی دیگر بررسی کنند.

تصویر مبهم کیهان در حال روشن‌تر شدن است

نیلسون سال‌هاست که به دنبال یافتن منشأ نوترینو‌های فضایی است. او وضعیت کنونی دانشمندان را به تماشای تلویزیونی قدیمی تشبیه می‌کند که به دلیل نداشتن آنتن، تنها برفک نشان می‌دهد؛ تصویری که هنوز واضح نیست، اما به‌تدریج جزئیات بیشتری از آن آشکار می‌شود.

ارین او سالیوان، سخنگوی آیس‌کیوب و استاد دانشگاه اوپسالا در سوئد، می‌گوید این رصدخانه به‌تدریج منابع تولید نوترینو‌ها را شناسایی می‌کند.

به گفته او، نخستین شناسایی مهم در سال ۲۰۱۷ انجام شد؛ زمانی که دانشمندان نوترینویی را ردیابی کردند که از جهت یک بلازار آمده بود. بلازار نوعی هسته فعال کهکشانی است که با سیاه‌چاله‌ای بسیار پرجرم ارتباط دارد. برخی نوترینو‌های دیگر نیز از منابعی در کهکشان راه شیری شناسایی شده‌اند.

این دستاورد‌ها نتیجه تلاش گروه بزرگی از دانشمندان است که با طرح هالزن همراه شده‌اند. اکنون حدود ۴۵۰ پژوهشگر از ۱۴ کشور در پروژه آیس‌کیوب فعالیت می‌کنند و جایزه نوبل فیزیک را نقطه عطفی در مسیر تحقیقات خود می‌دانند.

با وجود پیشرفت‌های به‌دست‌آمده، پرسش‌های بسیاری درباره منشأ نوترینو‌ها و نقش آنها در شناخت کیهان همچنان بی‌پاسخ مانده است. با این حال، آیس‌کیوب راه تازه‌ای برای مطالعه رویداد‌های دوردست جهان گشوده است؛ راهی که از دل تاریکی و یخ‌های قطب جنوب می‌گذرد.