ذرات اسرارآمیز «نوترینو»

بيگ بنگ/ نوترينوها چه ذراتي هستند؟ ذرات شبح مانندي که در همه جاي کيهان پخش هستند، جالب است بدانيد که هم اکنون که مشغول خواندن اين مطلب هستيد در هر ثانيه صدها ميليارد ذره شبح مانند نوترينو بدون آنکه متوجه شويد در حال عبور از بدن شما هستند. اغلب اين ذرات شبح‌گون که به ما مي‌رسند، در واکنش‌هاي گرما هسته‌اي که در قلب خورشيد و ساير ستارگان ايجاد شده توليد شده‌اند. از آنجايي که نوترينوها برهم کنش بسيار ضعيفي با ساير ذرات ماده دارند، بنابراين بدون هيچ مانعي از ميان ذرات ديگر عبور مي کنند. بعنوان مثال اين نوترينوها از قلب ستاره ها به تمامي جهات در پهنه کيهان گسيل مي‌شوند و هيچ چيز جلودار آنها نيست. آنها در مسير حرکت خود به سياره ما مي‌رسند، از يک طرف وارد کره زمين شده و به راحتي از طرف ديگر آن بيرون مي‌روند گويي که هيچ چيز در مسير حرکت آنها نبوده است. محاسبات نشان مي‌دهند که حتي يک سپر فرضي سُربي به ضخامت يک سال نوري هم نمي‌تواند بيش از نيمي از اين نوترينوها را متوقف نمايد. وجود ذرات شبح مانند نوترينو براي نخستين‌بار در سال ۱۹۳۰ توسط ولفگانگ پائولي (۱) ، فيزيکدان معروف اتريشي پيش‌بيني شده بود. داستان از اين قرار بود که نتايج آزمايش‌هاي صورت گرفته بر روي واپاشي راديواکتيو بتا، با قوانين مشهور پايستگي انرژي و تکانه جور درنمي‌آمد. پائولي بر اين باور بود که نقض ظاهري اين دو قانون بدان علت است که در واپاشي بتا، ذره‌اي شبح‌مانند نيز توليد مي‌شود که بدون آنکه با هيچ‌يک از دستگاه‌هاي آشکارساز ما برهم‌کنشي داشته باشد، مقداري از انرژي و تکانه واکنش را با خود مي‌برد. با فرض عجيب و در عين حال جسورانه پائولي، جست و جو براي کشف اين ذرات اسرارآميز و شبح مانند آغاز شد. البته اين نوترينوها آنچنان گريز پا بودند که به اين سادگي ها در تله دستگاه هاي آشکارساز نمي افتادند، رفتار شبح مانند اين ذرات، به دام انداختن آنها را براي فيزيکدان‌ها غيرممکن کرده بود، تا نهايتاً ۲۵ سال بعد، دو فيزيکدان به نام‌هاي فردريک راينز (۲) و کلايد کوان (۳) در سال ۱۹۵۶ موفق شدند با کمک گروه تحقيقاتي تحت رهبري خود، تعدادي از اين ذرات گريزپا را به دام بيندازند. راينز و کلايد در آزمايش خود از يک رآکتور هسته اي بعنوان چشمه توليد نوترينو استفاده کردند چرا که شدت نوترينوهاي گسيل شده از رآکتورهاي هسته اي به مراتب بيش از هر چشمه راديواکتيو معمولي بود. آنها با استفاده از اين چشمه فوق العاده پر شدت نوترينو توانستند از ميان ده ها هزار ميليارد نوترينوي گريزپايي که در هر ساعت از دستگاه آشکارسازشان عبور مي کرد. چند عدد را به دام انداخته و صيد کنند و بطور رسمي در مقاله اي در ۲۰ جولاي ۱۹۵۶ در نشريه معروف ساينس به چاپ برسانند. کشف بسيار مهمي که منجر به اعطاي جايزه نوبل سال ۱۹۹۵ به اين دانشمندان شد. دستاورد راينز و کوان، گام مهمي در شناخت فيزيک نوترينوها محسوب مي‌شد. اين دستاورد، راه را براي توسعه سيستم‌هاي آشکارساز نوترينو باز کرد. با توسعه چنين سيستم‌هايي مشخص شد که نوترينوها علاوه بر قلب خورشيد و ستارگان، در انفجارهاي عظيم ابرنواختري نيز به ميزان بسيار فراوان ايجاد مي‌شوند. درواقع بيش از ۹۹ درصد انرژي خارق‌العاده اين انفجارهاي کيهاني توسط نوترينوها حمل مي‌شود. امروزه مي‌دانيم که نوترينو، يکي از فراوان‌ترين ذرات جهان است به‌طوري‌که به ازاء هر پروتون، چيزي درحدود يک ميليارد نوترينو در جهان وجود دارد. رصدخانه نوترينوي آيس‌کيوب، رصدخانه‌اي در دل يخچال‌هاي قطب جنوب واقع در ايستگاه آموندسن-اسکات، دانشمندان در ماه نوامبر ۲۰۱۳ توانستد ۲۸ ذره نوترينوي پرانرژي را با انرژي بيشتر از ۵۰ تراالکترون‌‍ولت شناسايي کردند. اکنون مي‌دانيم که ۳ نوع نوترينو در جهان وجود دارد و اينکه نوترينوها برخلاف تصور اوليه، فاقد جرم نيستند بلکه جرم اندکي دارند. اما تمامي اين ويژگي‌ها، ارتباط تنگاتنگي با بنيادي‌ترين نظريات موجود درمورد ذرات بنيادي و کيهان‌شناسي دارند. ذراتي که شايد در نهايت توضيحي براي ماده تاريک و اسرارآميز جهان بدهند. علاوه بر اين چون نوترينوها براحتي از ميان همه چيز در جهان عبور مي کنند مي توانند بدون مانع چنداني از اعماق کيهان به ما رسيده و حامل اطلاعات ارزشمندي براي اختر فيزيکدان ها و کيهانشناسان باشند. به همين دليل از زمان آشکارسازي اولين نوترينوها تا به امروز، دستگاه‌هاي آشکارساز نوترينو، روز به روز پيچيده‌تر و کامل‌تر شده‌اند تاجائيکه امروزه رصدخانه‌هاي عظيم نوترينو را حتي در زير يخ‌هاي قطبي و يا اعماق درياها نيز نصب مي‌کنند. در سايه تلاش‌هاي اين فيزيکدانان، شگفتي‌هاي بيشتري از ويژگي‌هاي اسرارآميز نوترينوها بر بشر آشکار شده است. اينک، لحظه‌اي مکث کرده و دوباره به ميلياردها ذرات شبح مانندي که پس از پيمودن يک سفر طولاني کيهاني هم‌اکنون درحال عبور از بدن شما هستند بينديشيد. به نظر مي رسد که آنها پيام مهمي براي انسان دارند. با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد