کشف راز نوترینو‌ها برای رسیدن به حل معمای تکامل کیهان بعد از مه بانگ!

به گزارش مجله خبری نگار/ایتنا،نوترینو‌ها از بلوک‌های بنیادی کیهان‌اند، اما به دلیل عبور آسان از ماده، از دشوارترین ذرات برای پژوهش به شمار می‌روند.

دانشمندان سه گونه متمایز نوترینو را شناسایی کرده‌اند: الکترونی، میوئونی و تاو. درک این هویت‌های گوناگون می‌تواند جرم نوترینو‌ها را روشن کند و به پرسش‌های کلیدی درباره تکامل کیهان پاسخ دهد؛ از جمله اینکه چرا ماده بر پادماده در کیهان اولیه چیره شد.

زویا والاری، استادیار فیزیک دانشگاه ایالتی اوهایو، توضیح داد: «نوترینو‌ها واقعاً سرگرم‌کننده‌اند، زیرا طعم‌شان را تغییر می‌دهند. تصور کنید بستنی شکلاتی بخرید، در خیابان قدم بزنید و ناگهان به نعناعی تبدیل شود؛ هر بار که حرکت می‌کند، دوباره تغییر می‌کند.»

این فرآیند که نوسان نوترینو نامیده می‌شود، هم در نوترینو‌های طبیعی و هم در نمونه‌های آزمایشگاهی رخ می‌دهد.

بر این اساس، پژوهشگران دو پروژه بزرگ بین‌المللی، آزمایش نووا (NOvA) در ایالات متحده و تی‌توکی (T۲K) در ژاپن، نیرو‌های خود را یکی کردند تا این رفتار دگرگون‌شونده را بررسی کنند.

آنها پرتو‌های نوترینویی را صد‌ها کیلومتر فرستادند و تغییر طعم‌شان را در مسیر ردیابی کردند. والاری که عضوی برجسته در همکاری نووا است، اکنون در دانشگاه ایالتی اوهایو گروه پژوهشی تشکیل می‌دهد تا آشکارساز نوترینوی نسل بعدی را طراحی کند؛ آشکارسازی که انتظار می‌رود اواخر این دهه عملیاتی شود.

گفتنی است، هرچند نووا و تی‌توکی اهداف علمی مشابهی دارند، رویکرد‌های متفاوتی به کار می‌برند.

آزمایش نووا پرتو نوترینو‌های میوئونی را از آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده فرمی وزارت انرژی آمریکا نزدیک شیکاگو در ایلینوی به آشکارساز دوردست در اش ریور مینه‌سوتا می‌فرستد.

در مقابل، تی‌توکی پرتو میوئونی خود را از ساحل شرقی ژاپن شلیک می‌کند و در آشکارسازی در کوه‌های غرب این کشور اندازه‌گیری می‌کند. والاری تأکید کرد: «هرچند اهداف‌مان یکی بود، تفاوت در طراحی آزمایش‌ها هنگام ترکیب داده‌ها اطلاعات بیشتری می‌افزاید؛ مجموع بیش از اجزاست».

این پژوهش بر پایه کار‌های پیشین استوار است که تفاوت‌های کوچک، اما تعیین‌کننده در جرم انواع نوترینو را نشان داده بودند. پژوهشگران به دنبال نشانه‌های عمیق‌تری بودند که نوترینو‌ها خارج از قوانین استاندارد فیزیک عمل می‌کنند.

یکی از پرسش‌ها، تفاوت رفتار نوترینو‌ها و پادذرات‌شان است؛ پدیده‌ای به نام نقض تقارن بار-پاریته. اگر داده‌های آینده این را تأیید کنند، دانشمندان به کشف چگونگی چیرگی ماده بر پادماده پس از مه‌بانگ نزدیک‌تر می‌شوند و کیهان از نابودی نجات یافته است.

هرچند این یافته‌ها نقش نوترینو‌ها در بافت کیهان را قطعی پاسخ نمی‌دهند، دانش درباره آنها را افزایش می‌دهند.

والاری می‌گوید: «نتایج ما نشان می‌دهد برای پاسخ به پرسش‌های بنیادی به داده‌های بیشتری نیاز داریم. به همین دلیل ساخت آزمایش‌های نسل بعدی حیاتی است».

بر اساس این پژوهش، ترکیب نتایج دو آزمایش اجازه داد تا پرسش‌های فوری فیزیک از زوایای متفاوت بررسی شوند؛ دو آزمایش با پایه‌ها و انرژی‌های متفاوت، شانس بهتری برای پاسخ نسبت به یک آزمایش تنها دارند.

جان بیکوم، استاد فیزیک و نجوم دانشگاه ایالتی اوهایو، اظهار داشت: «این کار به غایت پیچیده است و هر همکاری صد‌ها نفر را دربرمی‌گیرد. همکاری‌ها معمولاً رقابتی‌اند؛ هم‌آوایی اینجا نشان‌دهنده اهمیت بالای موضوع است.»

پژوهشگران قصد دارند با ادامه همکاری نووا و تی‌توکی، رفتار در حال تکامل نوترینو‌ها را مطالعه کنند و تحلیل را با داده‌های جدید به‌روزرسانی نمایند. درس‌های این مقاله می‌تواند پایه آزمایش‌های نوترینویی آینده را بسازد که حوزه را دگرگون خواهند کرد.

والاری در پایان افزود: «فیزیک ذرات فناوری‌های بسیاری به ما داده، اما انگیزه اصلی برای من کنجکاوی انسانی برای درک منشأ و جایگاه‌مان در کیهان باقی می‌ماند.»

این ذرات شبح‌وار که بی‌صدا از زمین و بدن ما می‌گذرند، ممکن است کلید‌هایی برای بزرگ‌ترین راز‌های هستی در دست داشته باشند؛ از نابرابری ماده و پادماده تا ساختار بنیادین واقعیت.

با هر پرتو نوترینویی که شلیک می‌شود، بشر گامی دیگر در جهت درک کیهان اولیه برمی‌دارد و افق‌های ناشناخته را روشن می‌سازد.