لا تظهر النيوترينوات التي تمر عبر قلب الأرض العقم

في الفيزياء ، تظهر إشارات مغرية لوجود نيوترينات معقمة (خاملة) بشكل دوري - النوع الرابع النظري من النيوترينو ، والذي يختلف عن الأنواع الثلاثة الأخرى التي تنبأ بها النموذج القياسي. يحاول الباحثون العثور عليه باستخدام مرصد النيوترينو IceCube (Ice Cube). هذا كاشف قوي للنيوترينو في القطب الجنوبي ، قادر على التعرف على النيوترينوات القادمة من الفضاء الخارجي . هل من الممكن أن نكتشف هذا الجسيم ونندفع إلى عصر جديد مثير من الفيزياء؟

لا. لم تؤد عمليات البحث على IceCube إلى أي شيء ، بناءً على النتائج التي تم نشرها في أوائل أغسطس 2016. لا يعني عدم وجود عمليات الكشف عدم وجود النيوترينوهات المعقمة ، بل يفرض أشد القيود عليها ، مما يضيق نطاق الطاقات المحتملة بشكل كبير ويحدد اتجاه عمليات البحث المستقبلية.

إذا تم العثور على النيوترينوهات المعقمة ، فسيشرحون الشذوذ في الدراسات القديمة ، ويكتشفون فيزياء جديدة خارج النموذج القياسي ، ويقدمون أدلة على ألغاز مثل طبيعة المادة المظلمة وعدم التوازن بين المادة والمادة المضادة في الكون. يقول فرانسيس هالزن ، مدير مشروع IceCube والمؤلف المشارك: "إذا أضفت نيوترينو رابعًا ، فسيتغير كل شيء".

حضور فانتوم

لتشعر بطبيعة النيوترينوات ، تحتاج فقط إلى تخيل أنه خلال الوقت الذي تقرأ فيه هذه الجملة ، يمر ما لا يقل عن 100 تريليون نيوترينو عبر جسمك. وهي تمر عبر مادة صلبة بدون مقاومة ، لأنها لا تتفاعل من خلال القوى الكهرومغناطيسية. تربط القوى الكهرومغناطيسية ، من بين أمور أخرى ، ذرات جسمك وتمنعك من السقوط عبر الأرضية.

أحد أسباب إمكانية اكتشاف النيوترينوات هو أنها تخضع لتفاعلات نووية ضعيفة. نادرًا ما تحدث مثل هذه التفاعلات: يصطدم النيوترينو بالذرة أثناء مروره بالمادة ، مما يؤدي إلى وميض. وقد لوحظ ذلك أيضًا من خلال كاشفات النيوترينو الحديثة ، بما في ذلك IceCube.

ستكون النيوترينوهات المعقمة أكثر شبحًا من النيوترينوات العادية ، لأنها لا تعاني حتى من تفاعل ضعيف ، لذلك من المستحيل اكتشافها بهذه الطريقة. لديهم كتلة ، لذلك يتفاعلون من خلال الجاذبية ، ولكن لا يمكن بناء الكاشف على هذا المبدأ. يمكن للنيوتريونات المعقمة أن تطير عبر جسمك الآن ، ولكن لا توجد طريقة لمعرفة ذلك. مباشرة على الأقل.

من تطلب المساعدة

هذا لا يعني أننا محكوم عليهم بالجهل الأبدي. تتأرجح النيوترينوات باستمرار وتغيّر "روائحها" - فهي تتبدل بين حالات النيوترينونات الإلكترونية والنيوترينات الميونية والنيوترينات تاو. يمكن أن تتحول النيوترينو المعقمة إلى نيوترينو عادي ، مما يجعل من الممكن اكتشاف وجودها.

غالبًا ما تتفاعل النيوترينوات التي تمر عبر مادة كثيفة جدًا ، مثل لب الأرض ، مع المادة. وبسبب هذا ، يتغير نمط التذبذب الخاص بهم ويدخلون في الرنين ، مما يزيد من فرص تحولهم إلى نيوترينوهات معقمة ، لذلك يبحث الباحثون عن النيوترينوات القادمة بزاوية تشير إلى مرورها عبر قلب الأرض ودخولها إلى الكاشف. تظهر مثل هذه النيوترينوات في الغلاف الجوي فوق نصف الكرة الشمالي بسبب الإشعاع الكوني ، ثم تمر عبر الكوكب وتسقط في IceCube.

يقول هالزن: "تخلط التذبذبات جميع النكهات الأربعة التي تحتوي على نيوترينو معقم وكل النكهات الأخرى ، لذلك إذا كنت تلعب بأحدها ، فسيؤثر ذلك على الجميع"

سوف تختفي النيوترينوهات التي أصبحت معقمة في نهاية المطاف - لن تظهر على الكاشف. إذا تحول العديد من النيوترينوات التي تمر عبر النواة إلى نواة معقمة ، فسوف يكون هناك انخفاض في طاقة النيوترينات الميونية الواردة ، فقط في المكان المقابل لكتلة النيوترينوهات المعقمة.

لحسن الحظ ، تقع هذه الطاقة - من 1 تي في - بسهولة في حساسية IceCube ، وتغطي الطاقات من 10 GeV إلى 10 PeV. إذا كانت النيوترينوهات المعقمة موجودة في فجوة الطاقة هذه ، لكان IceCube قد اكتشفها.

يغطي البحث البيانات التي تم الحصول عليها على مدار عامين ، يتم خلالها التقاط النيوترينوات التي تتحرك في الاتجاه الصحيح كل ست دقائق. تم تحليل البيانات من قبل مجموعتين مستقلتين توصلتا إلى نفس الاستنتاج: لم يتم الكشف عن انخفاض الطاقة في النيوترينات الميونية ، مما يشير إلى وجود عقيمة.

الألغاز والفرص

في البداية كان يعتقد أن النيوترينوات ليس لها كتلة وتتحرك بسرعة الضوء. هذا ما تنبأ به النموذج القياسي. ولكن بعد 30 عامًا من عدم اليقين ، تم اكتشاف تذبذبات النيوترينو. بالنسبة للجسيمات عديمة الكتلة ، سيكون من المستحيل ، لذلك لديهم كتلة.

يقول هالزن: "حتى الآن ، هذه هي العلامة الوحيدة على عدم اكتمال النموذج القياسي". - يجب أن يكون هناك فيزياء خارج النموذج القياسي. على وجه التحديد ، يجب أن تختبئ الفيزياء الجديدة في نيوترينو وسوف تساعد في تفسير أعظم الألغاز في عصرنا ".

هذه الألغاز ، على وجه الخصوص ، وجود المادة المظلمة وعدم التوازن بين المادة والمادة المضادة في الكون ، هي جزء من الدافع للفيزيائيين المشاركين في عمليات البحث خارج النموذج القياسي. على الرغم من نجاح النموذج القياسي بشكل مدهش ، إلا أنه لم يكن قادرًا على تغطية أجزاء كبيرة من الكون. يقول هالزن: "يمكن أن تكون النيوترينوهات المعقمة طريقة لفهم هذه المهام".

يستخدم مصادم Hadron الكبير أيضًا للعثور على مسارات خارج النموذج القياسي ، كما أنه لم يتمكن مؤخرًا من اكتشاف آثار جسيم جديد بدا واعدًا جدًا في العام الماضي . يقول هالزين: "يهاجم خبراء النيوترينو والمصادم LHC في الوقت نفسه النموذج القياسي بحثًا عن فروع جديدة للفيزياء".

المضي قدما

الفشل في الكشف عن النيوترينوهات المعقمة لا يلغي وجودها ، ولكن في كل مرة لا يجدها البحث ، ينخفض ​​الإيمان بوجودها. يقول هالزن: "يرى الناس تلميحات عن وجود نيوترينوات معقمة في كل مكان ، كما تشير إلى أن إلفيس على قيد الحياة". "هناك مجموعة من التلميحات والمنظرين واثقون من وجودهم."

بفضل هذه المكافآت القيمة ، فإن الباحثين ليسوا مستعدين بعد للاستسلام. "في غياب الاكتشافات ، نستمر في البحث على أي حال ، وبالطبع ، يدرس IceCube النيوترينوات في نطاق ديناميكي كبير ، وسنستمر في دراسة جميع هذه النيوترينوات في جميع الطاقات على أمل أن يعطي النموذج القياسي في مكان ما الركود ، وسنبدأ في البحث عن فيزياء جديدة" - يقول هالتسين في الفيديو.

بالإضافة إلى ذلك ، أظهر الباحثون أن IceCube يمكن استخدامه لمجموعة من الأعمال التي تتجاوز مجرد البحث عن النيوترينوات الفضائية.

تقول أولغا بوتنر ، المتحدثة باسم شركة IceCube ومؤلفة مساهمة أخرى: "تؤكد هذه النتيجة تعدد استخدامات مرصد النيوترينو". "هذه ليست فقط أداة لدراسة الكون المكثف ، ولكنها أيضًا فرصة لدراسة خصائص النيوترينوات نفسها."

Source: https://habr.com/ru/post/ar396889/