پل ام. ساتر یک اخترفیزیکدان در رویاها Stony Brook and the Flatiron Institute، میزبان برنامه "از فضانورد بپرس" و "رادیو فضایی، "و نویسنده"چگونه در فضا بمیریم" ساتر در این مقاله مشارکت داشت آرای کارشناسان از Space.com: Op-Ed & Insights.
نوترینوها یکی از گریزناپذیرترین ذرات در فضا هستند و بعد از ذرات فوق اسرارآمیز در رده دوم قرار دارند ماده تاریک. آنها در مقادیر قابل توجهی تولید می شوند - آنها در قدرت هسته ای ضعیف شرکت می کنند و مسئول همجوشی و فروپاشی هسته ای هستند. بنابراین هر بار که چیزی هسته ای اتفاق می افتد، نوترینوها درگیر می شوند.
به عنوان مثال، هسته خورشید یک واکنش همجوشی غول پیکر است، بنابراین به طور طبیعی نوترینوهای زیادی تولید می کند. اگر انگشت شست خود را به سمت بالا نگه دارید خورشید، تقریباً 60 میلیارد نوترینو در هر ثانیه از تصویر کوچک شما عبور می کند. طبق مطالعات قبلی.
متصل: همه باریون ها کجا رفتند؟
اما نوترینوها آنقدر به ندرت با ماده تعامل دارند که علیرغم عبور تریلیون ها تریلیون از آنها در هر ثانیه، در طول زندگی شما، تعداد کل نوترینوهایی که واقعاً به بدن شما برخورد می کنند حدود ... یک است.
نوترینوها به قدری شبح وار و جوشان هستند که برای دهه ها فیزیکدانان حدس می زدند که این ذرات کاملاً بدون جرم هستند و در سراسر جهان در سرعت نور. اما وقتی کوه‌هایی از شواهد شروع به انباشته شدن کردند، دانشمندان این موضوع را کشف کردند نوترینوها مقدار کمی جرم دارند.
اینکه دقیقا چقدر جرم است موضوع تحقیق فعال است. سه نوع نوترینو وجود دارد: نوترینوهای الکترونی، نوترینوهای میون و نوترینوهای تاو. هر یک از این «سلیقه‌ها» در انواع مختلفی از واکنش‌های هسته‌ای دخیل هستند و ناامیدکننده است که هر سه نوع نوترینو توانایی عجیبی برای تغییر از هویتی به هویت دیگر در حین سفر دارند. بنابراین، حتی اگر بتوانید یک نوترینو را ببینید و نوع آن را تعیین کنید، فقط برخی از چیزهایی که می خواهید بدانید را می دانید.
در آب زمزمه کن
جرم نوترینو در مدل استاندارد فیزیک ذرات، نظریه فعلی و بهترین برهمکنش های بنیادی، توضیحی ندارد. بنابراین فیزیکدانان واقعاً دوست دارند دو کار انجام دهند: اندازه گیری جرم سه رایحه نوترینو و پیدا کردن اینکه این توده ها از کجا می آیند. یعنی باید آزمایش های زیادی انجام دهند.
بیشتر آشکارسازهای نوترینو بسیار ساده هستند: یا دستگاهی را برای تولید تعداد باورنکردنی خزندگان در آزمایشگاه راه اندازی کنید، یا یک آرایه غول پیکر برای گرفتن برخی از خزندگان که از زمین سرچشمه می گیرند، بسازید.
این آزمایش‌ها پیشرفت‌های زیادی داشته و با هر نسل بزرگتر شده‌اند. به عنوان مثال، آزمایش Kamiokande در ژاپن، نوترینوهای معروفی را که از ابرنواختر 1987A آمده بود، کشف کرد. اما برای این کار به کیسه ای بیش از 50000 تن آب نیاز داشتند.
در سالهای گذشته، رصدخانه صبحگاهی مکعب یخ در قطب جنوب این دوره را افزایش داد. این رصدخانه از یک کیلومتر مکعب جامد (0.24 مایل مکعب) یخ در قطب جنوب تشکیل شده است که ده ها گیرنده به اندازه برج ایفل در یک کیلومتر (0.6 مایل) در سطح فرو می روند. پس از یک دهه کار، IceCube این کار را انجام داد برخی از پرانرژی ترین نوترینوها را کشف کرد آنها زمانی گام های باورنکردنی برای کشف منشاء خود برداشتند. (نکته: شامل فرآیندهای واقعاً پرانرژی در جهان، مانند بلازارها است.)
چرا هم Kamiokande و هم IceCube اینقدر آب مصرف می کنند؟ تقریباً هر چیزی می تواند به عنوان آشکارساز نوترینو عمل کند، اما آب تمیز ایده آل است. هنگامی که یکی از تریلیون ها نوترینو عبوری به هر مولکول آب برخورد می کند، فلاش کوتاهی از خود ساطع می کند. رصدخانه ها حاوی صدها گیرنده نوری هستند و خلوص آب به این آشکارسازها اجازه می دهد تا جهت، زاویه و شدت رعد و برق را به دقت تعیین کنند. (اگر آب ناخالصی داشته باشد، بازیابی از جایی که رعد و برق در حجم از آن می آید دشوار خواهد بود.)
از آنجا، آنها می توانند جهت اصلی نوترینوی ورودی را بازسازی کنند و با انرژی آن مقابله کنند.
متصل: یک شبیه‌سازی عظیم از جهان، راز نوترینوهای شبح‌وار را بررسی می‌کند
پچ بزرگ نوترینوی اقیانوس آرام
همه اینها برای نوترینوهای معمولی روزانه خوب است. اما پرانرژی ترین نوترینوها بسیار نادر هستند. با این حال، این نوترینوهای بسیار نادر نیز هیجان‌انگیزترین و جالب‌ترین‌ها هستند، زیرا تنها می‌توانند توسط قوی‌ترین رویدادهای جهان ایجاد شوند.
متأسفانه، تمام قدرت آیس کیوب، پس از یک دهه رصد، موفق شد تنها تعداد انگشت شماری از این نوترینوهای فوق العاده را به تصویر بکشد.
بنابراین ما به یک قایق بزرگتر نیاز خواهیم داشت... منظورم یک آشکارساز است.
این ایده پشت آزمایش نوترینو اقیانوس آرام (P-ONE) است، یک پیشنهاد جدید که در یک سند منتشر شده در سرور پیش از چاپ توضیح داده شده است. arXiv در نوامبر: برای تبدیل بیشتر اقیانوس آرام به آشکارساز نوترینو طبیعی.
بار دیگر، مفهوم به طرز شگفت آوری ساده است: یافتن یک بخش مناسب و تنها از اقیانوس آرام. خیلی راحت رشته های بلندی از آشکارسازهای نوری بسازید - و منظورم طولانی، حداقل یک کیلومتر طول است. این رشته ها را ترجیحاً در عمق بیش از یک مایل (2 کیلومتر) در کف اقیانوس غوطه ور کنید. شناورهایی را به آنها بچسبانید تا مانند جلبک‌های مکانیکی غول‌پیکر در آب صاف بایستند.
در حال حاضر، طرح P-ONE شامل هفت خوشه 10 رشته ای است که هر رشته شامل 20 عنصر نوری است. این در مجموع 1400 آشکارساز نوری است که در اطراف اقیانوس آرام در چند مایل دورتر شناور هستند و پوشش بسیار بیشتری نسبت به IceCube ارائه می دهند.
وقتی شروع شد و کار کرد، فقط باید صبر کنید. حتی یک نوترینو به مقداری آب اقیانوس برخورد می کند و مقداری رعد و برق ساطع می کند و آشکارسازها آن را ردیابی می کنند.
البته این سخت تر از آن چیزی است که به نظر می رسد. نخ ها دائما حرکت می کنند و با خود اقیانوس به جلو و عقب می چرخند. و اقیانوس آرام کمتر تمیز است، نمک، پلانکتون و انواع فضولات ماهی در اطراف آن شناور است. این رفتار نور بین رشته ها را تغییر می دهد و اندازه گیری دقیق را دشوار می کند.
این بدان معنی است که آزمایش برای تصحیح همه این متغیرها و ردیابی نوترینو قابل اعتماد به کالیبراسیون ثابت نیاز دارد. با این حال، تیم پشت P-ONE در حال بررسی پرونده است و در حال حاضر برنامه هایی برای ساخت یک نمایش کوچکتر و دو قسمتی به عنوان اثبات مفهوم دارد.
و سپس می توانیم به شکار نوترینو برویم.
ما را دنبال کنید در توییتر @Spacedotcom و غیره فیس بوک.