چینی‌ها به دنبال راز شکل‌گیری جهان هستی از روی ذرات شبح؛ ساخت آشکارساز عظیم نهایی می‌شود
یورو نیوز: دانشمندان بر این باورند که نوترینوها که به «ذرات روح» نیز معروف هستند، ممکن است نقشی کلیدی در شکل گیری ماده اولیه و قوانین اساسی جهان داشته باشند.
پروژه ساخت یک آشکارساز عظیم در اعماق تپه گرانیتی در جنوب چین به مراحل پایانی خود نزدیک می شود. این آشکارساز پیشرفته، که یکی از مهم ترین پروژه های علمی جهان به حساب می آید، برای شناسایی ذرات مرموز نوترینو که در اطراف ما کمین کرده اند، طراحی شده است.
رصدخانه زیرزمینی نوترینو جیانگمن (JUNO) در چین به زودی شناسایی و مطالعه نوترینوها را آغاز خواهد کرد، ذرات شبح مانند که تشخیص آنها دشوار است. این ذرات که جرم بسیار کمی دارند، می توانند کلید درک چگونگی پیدایش جهان باشند.
این آشکارساز یکی از سه پروژه بزرگ جهانی برای مطالعه دقیق تر نوترینوها است. دو پروژه مشابه دیگر در آمریکا و ژاپن در حال ساخت هستند اما هنوز به مرحله عملیاتی نرسیده اند.
رصد نوترینوها یکی از پیچیده‌ترین و مهم‌ترین چالش‌های علمی است که می‌تواند نور جدیدی در مورد چگونگی شکل‌گیری کیهان بیافزاید.
پروژه عظیم چین برای شناسایی نوترینوها که قرار است سال آینده به بهره برداری برسد، مرزهای فناوری در این زمینه را به سطح جدیدی خواهد رساند. آندره دو گوآ، فیزیکدان نظری در دانشگاه نورث وسترن در ایالات متحده می گوید: اگر چین بتواند به این هدف دست یابد، یک دستاورد شگفت انگیز خواهد بود.
نوترینوها چیست؟
نوترینوها از جمله ذرات بنیادی هستند که قدمت آنها به ابتدای جهان یعنی زمان انفجار بزرگ برمی گردد. تریلیون ها از این ذرات شگفت انگیز در هر ثانیه از بدن ما عبور می کنند بدون اینکه کوچکترین اثری از خود بر جای بگذارند.
نوترینوها اغلب از فرآیندهای هسته ای در ستارگانی مانند خورشید سرچشمه می گیرند. همچنین این ذرات در هنگام برخورد ذرات بنیادی در شتاب دهنده های ذرات نیز تولید می شوند و یکی از کلیدهای درک ساختار کیهان محسوب می شوند.
اگرچه دانشمندان نزدیک به یک قرن از وجود نوترینوها اطلاع داشتند، اما هنوز در مراحل اولیه درک ماهیت واقعی این ذرات بنیادی هستند.
کائو جون، یکی از مدیران پروژه آشکارساز چین، در مورد این ذرات می گوید: «نوترینوها ناشناخته ترین ذرات در جهان ما هستند. به همین دلیل است که تحقیقات گسترده ای برای مطالعه آنها ضروری است.”
نوترینوها چگونه شناسایی می شوند؟
نوترینوها، این ذرات بسیار کوچک و سریع، به تنهایی قابل شناسایی نیستند. به همین دلیل، دانشمندان واکنش هایی را که هنگام برخورد با سایر ذرات ماده رخ می دهد، مطالعه می کنند. این برخوردها می تواند باعث نورهای روشن یا تولید ذرات باردار شود که قابل اندازه گیری هستند.
از آنجایی که نوترینوها تنها در موارد بسیار نادری با ذرات دیگر برخورد می کنند، فیزیکدانان مجبورند پروژه های عظیمی را طراحی کنند تا شانس مشاهده این برخوردهای نادر را افزایش دهند.
آندره دو گووا می گوید: «راه حل برای اندازه گیری نوترینوها، ساخت آشکارسازهای بسیار بسیار بزرگ است.
تشخیص عظیم برای اندازه گیری ذرات بسیار ریز
چین پس از ۹ سال تلاش و حدود ۳۰۰ میلیون دلار، ساخت یکی از بزرگترین آشکارسازهای جهان را در عمق ۷۰۰ متری منطقه کایپینگ به پایان رساند.
عمق بالای آشکارساز از آن در برابر پرتوهای کیهانی و تشعشعات تداخلی محافظت می کند که می تواند روند تشخیص این ذرات را مختل کند. روز چهارشنبه، کارگران فاز نهایی ساخت این پروژه را آغاز کردند. آشکارساز کروی قرار است با مایع خاصی پر شود که هنگام عبور نوترینوها نور ساطع می کند و سپس در آب خالص غوطه ور می شود.
این آشکارساز برای مطالعه پادنوترینوها طراحی شده است، نسخه معکوس نوترینوها که به دانشمندان کمک می کند رفتار این ذرات را بهتر درک کنند. این پادنوترینوها از برخورد دو نیروگاه هسته ای که در فاصله بیش از ۵۰ کیلومتری آشکارساز قرار دارند، تولید می شوند.
هنگامی که پادنوترینوها با ذرات داخل آشکارساز برخورد می کنند، نور درخشانی تولید می شود که به آنها امکان شناسایی می دهد.
این آشکارساز با هدف پاسخ به یکی از سوالات کلیدی در مورد معمای دیرینه نوترینوها طراحی شده است. نوترینوها با سفر در فضا به سه نوع مختلف تبدیل می شوند و دانشمندان قصد دارند آنها را بر اساس نوع از سبک ترین به سنگین ترین دسته بندی کنند.
اما شناسایی این تغییرات ظریف در ذرات که به خودی خود غیرقابل تشخیص هستند یک چالش بزرگ است. کیت شولبرگ، فیزیکدان دانشگاه دوک، می گوید: «حتی تلاش برای انجام چنین کاری واقعاً جسارت است.
آشکارساز نوترینو چین قرار است در نیمه دوم سال آینده شروع به کار کند. اما جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ها زمان میبرد، بنابراین دانشمندان باید برای کشف کامل رازهای زندگی پنهان نوترینوها صبور باشند.
علاوه بر چین، دو پروژه مشابه دیگر در حال ساخت هستند، Hyper-Kamiokande در ژاپن و آزمایش نوترینو در عمق زیرزمینی در ایالات متحده. این دو پروژه همچنین در تلاش هستند تا با مطالعه نوترینوها درک بهتری از نحوه تشکیل جهان ارائه دهند.
دو آشکارساز نوترینو مشابه در ژاپن و ایالات متحده قرار است به ترتیب در سال های ۲۰۲۷ و ۲۰۳۱ عملیاتی شوند. با استفاده از روش‌های مختلف، این پروژه‌ها نتایج آشکارساز چین را بررسی و تایید می‌کنند تا درک بهتری از رفتار این ذرات بنیادی به دست آورند.
