“بوابة إلى فيزياء خارج النموذج القياسي”: بدء تشغيل أكبر كاشف للنيوترينو في العالم – بنتائج مذهلة

النتائج الأولى من الأكبر في العالم النيوترينو تم نشر الكاشف للتو، وهو يكشف عن القياسات الأكثر دقة لمعلمات النيوترينو حتى الآن.

بعد تشغيل الكاشف – مرصد جيانغمن للنيوترينو تحت الأرض (JUNO)، في الجنوب الصين – لمدة شهرين فقط، تمكن الباحثون من قياس معاملات الأنواع المختلفة، أو “النكهات”، للنيوترينوات بدقة غير مسبوقة.

تضيق النتائج قيمة اثنين من معاملات النيوترينو الرئيسية: زاوية الخلط التي تصف كيفية دمج حالات كتلة النيوترينو المختلفة لتكوين نكهات النيوترينو، ومربع الفرق بين حالات الكتلة هذه.

“قبل تشغيل JUNO، جاءت هذه المعلمات من سلسلة طويلة من التجارب… تم استخلاص نصف قرن من الجهد في القيمة العددية لهاتين المعلمتين.” جيواتشينو رانوتشيوقال نائب المتحدث باسم JUNO لـ Live Science. “في 59 يومًا، تغلبنا على 50 عامًا من القياس. وهذا يعطي فكرة عن مدى قوة (JUNO).”

المنشأة تم نشر النتائج الأولى إلى خادم ما قبل الطباعة arXiv وتم تقديمه إلى مجلة Chinese Physics C لمراجعة النظراء.

سر شبح النيوترينوات

النيوترينوات ربما تكون أكثر الجسيمات المعروفة غموضًا. في كل ثانية، تمر تريليونات منها عبر جسمك. ومع ذلك، نادرًا ما يتفاعلون معك أو مع أي أمر آخر تزن بجانب لا شيءومنحهم لقب “جسيمات الأشباح”. وهذا يجعل النيوترينو واحدًا من أصعب الجسيمات التي يمكن دراستها، حيث أن معظمها يمر عبر كاشف دون أن يترك أي أثر.

لكن الفيزيائيين حريصون على معرفة المزيد عن النيوترينوات لأنهم قد يكونون قادرين على كسرها النموذج القياسي في فيزياء الجسيمات، وهو أفضل تفسير لدينا للعالم دون الذري. على الرغم من أنها نظرية ناجحة بشكل لا يصدق، إلا أنها ليست كاملة تمامًا، والشيء الذي لم تتنبأ به هو أن النيوترينوات سيكون لها كتلة.

إن اكتشاف أن الجسيمات الشبحية لها، في الواقع، كتلة (وهذا هو السبب وراء اكتشافها). جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2015 تم منحه) بسبب شيء يسمى تذبذب النيوترينو. تأتي النيوترينوات بثلاث نكهات (الإلكترون، والميون، والتاو)، وتتنقل بين هذه الهويات أثناء تحركها عبر الزمان والمكان. لم يتم بعد فهم سبب هذه الظاهرة الغريبة بشكل كامل، لكنها قد تحمل المفتاح لفيزياء جديدة ومثيرة.

وقال رانوتشي: “إن ظاهرة التذبذب تعني أن النيوترينوات هي الجسيم الوحيد حتى الآن الذي توجد له خاصية لا يتنبأ بها النموذج القياسي“. “لذا، فإن النيوترينوات هي البوابة الوحيدة للفيزياء خارج النموذج القياسي.”

لاستكشاف خصائص النيوترينو وتحقيق ما هو أبعد من النموذج القياسي، قام العلماء ببناء أجهزة كشف كبيرة في أعماق الأرض. وهنا تشكل قشرة الأرض درعًا طبيعيًا من معظم الجزيئات الأخرى، بينما تمر الجزيئات الشبحية من خلالها وتتاح لها الفرصة للإعلان عن وجودها في الكاشف.

JUNO هو أحدث وأكبر كاشفات النيوترينو. وهي عبارة عن كرة يبلغ عرضها 115 قدمًا (35 مترًا) وتحتوي على 19700 طن (20000 طن متري) من جهاز التلألؤ السائل. تم تصميم هذا السائل خصيصًا للتفاعل مع النيوترينو وإنتاج وميض من الضوء. توجد حول حافة الخزان أجهزة استشعار يمكنها تحديد الوميض وتوفير معلومات مفيدة حول النيوترينو الذي تسبب فيه.

عملت أجهزة كشف النيوترينو السابقة على نفس المبدأ؛ JUNO هو ببساطة أكبر بكثير. فهو يحتوي على وميض سائل أكثر بـ 20 مرة من أي تجربة سابقة، مما يجعل JUNO أكثر حساسية للنيوترينوات بشكل ملحوظ. وقد سمح هذا للفيزيائيين بقياس المعلمات التي تصف التذبذب بين نكهات النيوترينو المختلفة بدقة غير مسبوقة، وفقًا للباحثين.

البحث عن فيزياء جديدة

لدى فريق JUNO طموحات كبيرة للمستقبل، وتظهر هذه النتائج الأولى أنهم يسيرون على الطريق الصحيح لتحقيق تلك الأهداف. وبمزيد من الوقت والمزيد من البيانات، يأمل الباحثون في تحقيق دقة أفضل فيما يتعلق بمعايير التذبذب هذه.

على مدى عمرها، قد تكون جونو قادرة على حل ألغاز طويلة الأمد في الفيزياء. يتوقع الفيزيائيون أن يكونوا قادرين على ترتيب حالات كتلة النيوترينو من الأثقل إلى الأخف وربما العثور على أدلة حول سبب عدم قدرتنا على الرؤية المادة المضادة كمادة في الكون.

في الوقت الحالي، قدمت هذه الجسيمات الشبحية همسات فيزيائية محيرة تتجاوز نظرياتنا الحالية. ومع وجود أجهزة كشف نيوترينو أكبر وأفضل، أصبح فهمنا للكون أكثر وضوحًا.