علماء يلتقطون جسيمات شبحية تغير ذرة في أعماق الأرض

تم اكتشاف عدد قليل من أحداث النيوترينو الشمسية النادرة بشكل لا يصدق والتي أدت إلى تحويل الكربون 13 إلى النيتروجين 13 في أعماق الأرض.

ويؤكد هذا الاكتشاف رد الفعل الذي طال انتظاره ويوفر أداة جديدة لاستكشاف أصغر وأغرب جزيئات الكون.

جسيمات الأشباح ونوع جديد من التفاعل

تُصنف النيوترينوات ضمن أكثر الجسيمات المحيرة التي عرفها العلم. غالبًا ما توصف بأنها “جسيمات شبحية“، إلا أنها لا تتفاعل أبدًا مع المادة العادية. تمر تريليونات منا عبر كل واحد منا في كل ثانية دون أن تترك أي أثر وراءها. تنشأ هذه الجسيمات من العمليات النووية، بما في ذلك تلك التي تحدث في قلب شمسنا، ومع ذلك فمن الصعب للغاية اكتشافها لأنها نادرًا ما تصطدم بأي شيء.

حتى الآن، لم تتم ملاحظة تفاعل النيوترينوات الشمسية إلا مع عدد محدود من المواد. لقد حقق الباحثون الآن إنجازًا أولًا: فقد قاموا بتوثيق تحويل النيوترينوات لذرات الكربون إلى نيتروجين داخل كاشف ضخم تحت الأرض.

منشأة عميقة تحت الأرض تم تصميمها لالتقاط الإشارات النادرة

تم تحقيق هذا التقدم من قبل فريق بقيادة أكسفورد باستخدام كاشف SNO+، الموجود على بعد كيلومترين تحت السطح في سنولاب في سدبوري، كندا. يعمل SNOLAB داخل منجم نشط وهو مصمم لحجب الأشعة الكونية والإشعاعات التي من شأنها أن تطغى على إشارات النيوترينو الخافتة التي يحاول الفريق قياسها.

تتبع تفاعل من خطوتين في الكربون 13

ركز الباحثون على الأحداث التي يصطدم فيها النيوترينو عالي الطاقة بنواة الكربون 13، وينتج النيتروجين 13. هذا النيتروجين 13 المتكون حديثًا مشع ويتحلل بعد حوالي عشر دقائق. ولتحديد العملية، اعتمد الفريق على تقنية تعرف باسم طريقة “المصادفة المتأخرة”. فهو يبحث عن ومضتين ضوئيتين مرتبطتين: الأولى عندما يضرب النيوترينو نواة الكربون-13، والثانية بعد عدة دقائق عندما يتحلل النيتروجين-13. يتيح هذا النمط التمييز بين تفاعلات النيوترينو الحقيقية والنشاط الخلفي غير ذي الصلة.

خلال فترة 231 يومًا تمتد من 4 مايو 2022 إلى 29 يونيو 2023، كشف التحليل عن 5.6 حدثًا تمت ملاحظته. يتوافق هذا الرقم مع التنبؤ بأن 4.7 من هذه الأحداث ستنتج بواسطة النيوترينوات الشمسية خلال نفس الفترة.

لماذا هذه التفاعلات مهمة لفهم الكون؟

تلعب النيوترينوات دورًا حاسمًا في المحاولات العلمية لفهم كيفية عمل النجوم، وكيفية عمل الاندماج النووي، وكيف يتطور الكون. يقول الباحثون إن هذه الملاحظة الجديدة تمهد الطريق لإجراء تحقيقات مستقبلية في تفاعلات النيوترينو الأخرى منخفضة الطاقة.

المؤلف الرئيسي جاليفر ميلتون، طالب دكتوراه في جامعة أكسفوردوقال قسم الفيزياء في جامعة كاليفورنيا: “إن التقاط هذا التفاعل يعد إنجازًا استثنائيًا. وعلى الرغم من ندرة نظير الكربون، فقد تمكنا من ملاحظة تفاعله مع النيوترينوات، التي ولدت في قلب الشمس وقطعت مسافات شاسعة للوصول إلى كاشفنا”.

وأضاف المؤلف المشارك البروفيسور ستيفن بيلر (قسم الفيزياء، جامعة أكسفورد): “كانت النيوترينوات الشمسية نفسها موضوعًا مثيرًا للاهتمام للدراسة لسنوات عديدة، وأدت قياساتها من خلال تجربتنا السابقة، SNO، إلى جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2015. ومن اللافت للنظر أن فهمنا للنيوترينوات القادمة من الشمس قد تقدم كثيرًا بحيث يمكننا الآن استخدامها لأول مرة “كشعاع اختبار” لدراسة أنواع أخرى من النيوترينوات النادرة. التفاعلات الذرية!

البناء على تراث SNO واستكشاف حدود جديدة

SNO+ هو نسخة محدثة من تجربة SNO السابقة، والتي أظهرت أن النيوترينوات تنتقل بين ثلاثة أنواع تعرف باسم نيوترينوات الإلكترون والميون والتاو أثناء رحلتها من الشمس إلى الأرض. وفقًا لعالمة فريق SNOLAB الدكتورة كريستين كراوس، فإن النتائج الأصلية التي توصل إليها SNO، بقيادة آرثر بي ماكدونالد، ساعدت في حل مشكلة النيوترينو الشمسي طويلة الأمد وساهمت في جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2015. فتحت هذه النتائج الطريق لإجراء تحقيقات أوسع حول طبيعة النيوترينوات وأهميتها الكونية.

وقال كراوس: “يستخدم هذا الاكتشاف الوفرة الطبيعية للكربون 13 داخل جهاز الوميض السائل الخاص بالتجربة لقياس تفاعل محدد ونادر”. “على حد علمنا، تمثل هذه النتائج أدنى مراقبة للطاقة لتفاعلات النيوترينو على نوى الكربون 13 حتى الآن وتوفر أول قياس مباشر للمقطع العرضي لهذا التفاعل النووي المحدد للحالة الأرضية لنواة النيتروجين 13 الناتجة.”

المرجع: “الدليل الأول على تفاعلات النيوترينو الشمسي على ¹³ج” 10 ديسمبر 2025، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/1frl-95g

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.