يؤرخ فيلم “Ghost Particle” لاكتشاف النيوترينو وما تبقى لنتعلمه

شبح الجسيمات
آلان تشودوس وجيمس ريوردون
مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، 32.95 دولارًا

نحن نعيش في بحر من النيوترينوات. في كل ثانية ، تمر تريليونات منهم عبر أجسادنا. إنها تأتي من الشمس ، والمفاعلات النووية ، وتصادم الأشعة الكونية التي تضرب الغلاف الجوي للأرض ، وحتى الانفجار العظيم. من بين الجسيمات الأساسية ، الفوتونات فقط هي الأكثر عددًا. ومع ذلك ، نظرًا لأن النيوترينوات بالكاد تتفاعل مع المادة ، فمن الصعب اكتشافها.

تم اقتراح وجود النيوترينو لأول مرة في الثلاثينيات وبعد ذلك تم التحقق منه في الخمسينيات (SN: 2/13/54). بعد عقود ، لا يزال الكثير عن النيوترينو – الذي سمي جزئيًا لأنه لا يحتوي على شحنة كهربائية – لغزًا ، بما في ذلك عدد أنواع النيوترينوات الموجودة ، ومقدار كتلتها ، ومن أين تأتي هذه الكتلة وما إذا كانت لها أي خصائص مغناطيسية.

هذه الألغاز هي في صميم شبح الجسيمات بواسطة الفيزيائي آلان تشودوس والصحفي العلمي جيمس ريوردون. الكتاب عبارة عن مقدمة غنية بالمعلومات وسهلة المتابعة للجسيم المحير. يرشد Chodos و Riordon القراء من خلال كيفية اكتشاف النيوترينو ، وما نعرفه – ولا نعرف – عنه ، والتجارب الجارية والمستقبلية التي (عبر الأصابع) ستوفر الإجابات.

ليس علماء فيزياء النيوترينو وحدهم من ينتظر هذه الإجابات. يقول ريوردون إن النيوترينوات “مهمة للغاية لفهم الكون ووجودنا فيه.” يمكن أن يكون الكشف عن النيوترينو مفتاحًا لإلغاء قفل طبيعة المادة المظلمة ، على سبيل المثال. أو يمكن أن يوضح معضلة الكون في المادة: يجب أن يكون الانفجار العظيم قد أنتج كميات متساوية من المادة والمادة المضادة ، نظائرها ذات الشحنة المعاكسة للإلكترونات والبروتونات وما إلى ذلك. عندما تتلامس المادة والمادة المضادة ، فإنهما يقضيان على بعضهما البعض. لذلك من الناحية النظرية ، يجب أن يكون الكون اليوم فارغًا – ومع ذلك فهي ليست (SN: 9/22/22). إنها مليئة بالمادة ، ولسبب ما ، القليل جدًا من المادة المضادة.

أخبار العلوم تحدثت مع Riordon ، وهو مساهم متكرر في المجلة ، حول هذه الألغاز وكيف يمكن أن تعمل النيوترينوات كأداة لمراقبة الكون أو حتى رؤية كوكبنا. تم تحرير المحادثة التالية من أجل الطول والوضوح.

SN: في الفصل الأول ، أدرجت ثمانية أسئلة لم تتم الإجابة عليها عن النيوترينوات. ما هو الأكثر إلحاحًا للإجابة؟

ريوردون: سواء كانت الجسيمات المضادة الخاصة بهم هي على الأرجح واحدة من أعظم الجسيمات. الاقتراح القائل بأن النيوترينوات هي جسيمات مضادة خاصة بها هو حل أنيق لجميع أنواع المشاكل ، بما في ذلك وجود بقايا المادة التي نعيش فيها. وهناك اقتراح آخر يتمثل في معرفة كيف تتناسب النيوترينوات مع النموذج القياسي (لفيزياء الجسيمات). إنها واحدة من أنجح النظريات الموجودة ، لكنها لا تستطيع تفسير حقيقة أن النيوترينوات لها كتلة.

SN: لماذا الآن هو الوقت المناسب لكتابة كتاب عن النيوترينوات؟

ريوردون: كل هذه الأسئلة حول النيوترينوات هي نوع من الوصول إلى الرأس في الوقت الحالي – التلميحات التي تشير إلى أن النيوترينوات قد تكون جزيئاتها المضادة ، وقضايا النيوترينوات لا تتناسب تمامًا مع النموذج القياسي ، وما إذا كانت هناك نيوترينوات معقمة (نيوترينو افتراضي مرشح) للمادة المظلمة). في السنوات القليلة المقبلة ، عقد أو نحو ذلك ، سيكون هناك الكثير من التجارب التي (تساعد في الإجابة على هذه الأسئلة ،) وسيكون الحل في كلتا الحالتين مثيرًا.

SN: يمكن أيضًا استخدام النيوترينوات لمساعدة العلماء في ملاحظة مجموعة من الظواهر. ما هي بعض الأسئلة الأكثر إثارة للاهتمام التي يمكن أن تساعد فيها النيوترينوات؟

ريوردون: هناك بعض الملاحظات التي يجب إجراؤها ببساطة باستخدام النيوترينوات ، ولا توجد بدائل تكنولوجية أخرى لها. هناك مشكلة في استخدام التلسكوبات القائمة على الضوء لإعادة النظر في التاريخ. لدينا هذا مذهل حقا تلسكوب جيمس ويب الفضائي يمكن أن نرى حقًا في الماضي البعيد. لكن في مرحلة ما ، عندما تذهب بعيدًا بما فيه الكفاية ، يكون الكون معتمًا للضوء بشكل أساسي ؛ لا يمكنك أن ترى فيه. بمجرد تضييق نطاق كيفية اكتشاف وكيفية قياس خلفية النيوترينو الكونية (النيوترينوات التي تشكلت بعد أقل من ثانية من الانفجار العظيم) ، ستكون طريقة للنظر إلى الوراء في البداية. بخلاف موجات الجاذبية ، لا يمكنك رؤية ذلك بعيدًا بأي شيء آخر. لذلك سوف يعطينا نوعًا من التلسكوب إلى بداية الكون.

الشيء الآخر هو ، عندما يحدث مستعر أعظم ، تحدث كل أنواع الأشياء الرائعة حقًا في الداخل ، ويمكنك رؤيتها بالنيوترينوات لأن النيوترينوات تخرج فورًا في انفجار. نسميها “قنبلة النيوترينو الكونية” ، لكن يمكنك تتبع المستعر الأعظم أثناء تقدمه. مع الضوء ، يستغرق الأمر بعض الوقت حتى يخرج (من الانفجار النجمي). من المقرر أن نشهد سوبرنوفا (قريبًا). لم يكن لدينا واحدة منذ عام 1987. كان آخر مستعر أعظم مرئي في السماء وكان نعمة للبحث. الآن بعد أن أصبح لدينا كاشفات للنيوترينو حول العالم ، سيكون هذا الجهاز التالي أفضل (للبحث) ، وأكثر إثارة.

وإذا قمنا بتطوير أدوات أفضل ، فيمكننا استخدام النيوترينوات لفهم ما يحدث في مركز الأرض. لا توجد طريقة أخرى يمكنك من خلالها استكشاف مركز الأرض. نحن نستخدم الموجات الزلزالية ، لكن الدقة منخفضة حقًا. لذلك يمكننا حل الكثير من الأسئلة حول مكونات الكوكب بالنيوترينوات.

SN: هل لديك “شخصية” مفضلة في قصة النيوترينوات؟

ريوردون: أنا بالتأكيد مغرم جدًا بجدي كلايد كوان (كان هو وفريدريك رينز أول فيزيائيين اكتشفوا النيوترينوات). لكن رين شخصية جذابة. كان شاعريا. كان مغنيا. كان حقا هذه القوة الخلاقة. ذكرت (في الكتاب) أنهم وضعوا علامة “SNEWS” هذه على كاشفهم لـ “نظام الإنذار المبكر للمستعر الأعظم” ، والذي كان نوعًا ما يردد أنظمة الإنذار المبكر للصواريخ الباليستية في ذلك الوقت (خلال الحرب الباردة). هذا ناضج جدًا.

يشتري شبح الجسيمات من Bookshop.org. أخبار العلوم هي شركة تابعة لـ Bookshop.org وستكسب عمولة على المشتريات التي تتم من الروابط الموجودة في هذه المقالة.