کشف نوترینوهایی که از اعماق خورشید می‌آیند

در هر ثانیه، تریلیون‌ها تریلیون ذره زیراتمی به شدت کم جرم با نام «نوترینو» از خورشید پرتاب شده و بدون آنکه شناسایی شوند از بدن شما رد می‌شوند. فیزیکدانان در پژوهشی جدید بالاخره موفق به کشف نوترینوهای «گمشده» ای شدند که در اعماق خورشید ما زاده شده بودند.

The Sun x

این نوترینوها با دو نوع واکنش همجوشی شناخته شده تولید شده‌اند که در خورشید اتفاق می‌افتد و تاکنون دانشمندان موفق به شناسایی یک گروه از آن‌ها شده‌اند: نوترینوهای تولیدشده به وسیلهٔ پروتون‌هایی که به یکدیگر فشرده می‌شوند تا هلیوم تولید شود. اما برای اولین‌بار فیزیکدانانی که بر روی آزمایش برکسینو در ایتالیا مشغول هستند می‌گویند آن‌ها بالاخره موفق به مشاهدهٔ دومین گروه از نوترینوهای «گمشده» شدند.

این تعداد اندک نوترینو در نتیجهٔ دستورکار دومی برای هلیوم هستند. این نوترینوها را با نام نوترینوهای CNO می‌شناسند. این نام از چرخهٔ کربن-اکسیژن-نیتروژن گرفته شده و دانشمندان به مدت دهه‌ها به دنبال آنها بوده‌اند. اگر ما بتوانیم راه بهتری برای بررسی آنها پیدا کنیم، ممکن است بتوانیم یکی از مسائل روز در مورد خورشید را حل کنیم: واقعا چقدر فلز در آن وجود دارد. فیزیکدان “جیواچینو رانوچی” از موسسهٔ ملی فیزیک هسته‌ای در میلان ایتالیا گفت: «با این نتیجه، برکسینو به صورت کامل دو فرایند تولید انرژی در خورشید را شرح داده است.»

فیزیکدان تجربی ذرات “لینزی بیگنل” از دانشگاه ملی استرالیا در این پژوهش شرکت نداشته اما نتایج آن را به دقت دنبال کرده، گفت: «اندازه گیری‌های ارائه شده در پروژهٔ برکسینو ماحصل تلاشی قهرمانانه برای حذف پس زمینه‌ها در آشکارساز به منظور اندازه‌گیری نوترینوهای CNO است. این نتایج برای درک ماهیت خورشید ما بسیار مهم خواهند بود و ممکن است مسئلهٔ فلزینگی خورشید را حل کند.»

همانقدر که عجیب به نظر می‌آید، ما نمی‌توانیم میزان فلزیت خورشید را با پیش‌بینی بر اساس دو روش مختلفی بسنجیم که ۲۸ درصد با هم اختلاف دارند. این نوترینوهای CNO ممکن است نظرمان را در مورد اینکه کدام مدل درست است تأیید کند. البته اگر درست باشد. دلیل دشواری کشف نوترینوهای CNO آن است که به سختی می‌توان آنها را از نوع دیگر نوترینوی تولیدی خورشید تشخیص داد؛ به خصوص با جریان‌های پس زمینه‌ای کنونی و تغییرات دمایی که حاصل از آشکارساز برکسینو هستند.

sn neutrinosHRev

این آزمایش متشکل از کرهٔ استیلی بزرگی است که به منظور شکار پرتو مبهم نوترینوها در هنگام برخوردشان با حلالی به نام سودوکامن طراحی شده است. برای جلوگیری از فلش ذرات قدیمی و سرگردان تشعشعات، تمام آزمایش درون مخزن آب انجام و سپس با سنگ محافظت شده است.

تنها کمتر از ۳۰۰ تن حلال در هستهٔ شناساگر برکسینو وجود دارد بنابراین شما تمام آزمایش را به شکل جشن روز ۴ جولای می‌بینید.اما نوترینوها خود را تنها به وسیلهٔ نیروی ضعیف هسته‌ای نمایان می‌کنند که به این منظور لازم است از فضای کوچکی به اندازهٔ ۴۶-۱۰ سانتیمتر مربع عبور کنند تا امیدی به لرزاندن هستهٔ یک اتم داشته باشند.

این یعنی با وجود بارش ذرات کوچک، شاید چند ده نوتریینو در روز آن میزان نزدیک شوند تا شانسی برای ایجاد تشعشع نور وجد داشته باشد. از آزمایشات اینچنینی برای اندازه گیری گسیل نوترینو از دههٔ ۱۹۶۰ و نقشه برداری از انفجارهای کیهانی در دوردست، واکنش‌های نزدیک هسته‌ای و وفور ذرات درخشان از خورشید استفاده شده است.

اغلب نوترینوهای گسیل شده توسط نزدیک‌ترین ستاره به ما به شکل یون‌های هیدروژن در آمده که به منظور تولید ذرهٔ آلفای هلیوم با یکدیگر ادغام شده‌اند پس تعجبی نیست که دهه‌ها جستجو به دنبال نوترینو به ما درک خوبی از واکنش‌های ستاره‌ای خاص داده است. انتخاب حلال در برکسینو به خوبی برای ردیابی نوترینوهایی تنظیم شده بود که تأثیر زیادی دارند؛ تاثیری که امکان تمرکز بر روی دیگر انواع واکنش‌های هسته‌ای را فراهم کند.

از سال ۲۰۰۷ این آزمایش تشعشع‌هایی را ثبت کرده است که می‌تواند به تولید ایزوتوپ‌هایی نظیر بریلیوم-۷ و بورون-۸ برگردد و به محققان کمک کند تا ریاضیات پشت مدل استاندارد «باغ وحش» ذرات را محاسبه کنند. اما تلاش بیشتری برای شناسایی نوترینوهای CNO نسبت به باقی نوترینوها نیاز بود.

چرخهٔ CNO گزینهٔ پیچیده‌تری نسبت به روش «پروتون به علاوهٔ پروتون» برای تولید هلیوم است و از کربن، اکسیژن و نیتروژن به عنوان جای پای خود استفاده می‌کند. یافتن ردپای چرخهٔ CNO به ما کمک می‌کند که محدودیت‌های آن و ترکیب گیج کنندهٔ عناصر خورشید، به خصوص وقتی بحث نقش آن در نوکلئوسنتز دیگر قسمت‌های جدول تناوبی است را بهتر بفهمیم.

بیگنل در این باره می‌گوید: «استفاده از نوترینوها یک مزیت است زیرا نه تنها راهی مستقل برای اسندازه گیری فلزینگی خورشید بوده بلکه تنها فنی است که به طور مستقیم به فلزینگی هستهٔ خورشید حساس است.» این پژوهش در کنفرانس نوترینوی ۲۰۲۰ ارائه شده است.

فیسبوک توییتر گوگل + لینکداین تلگرام واتس اپ کلوب

دیدگاهتان را بنویسید