آزمایش LOREX: کشف راز پایداری خورشید و تاثیرش رو زمین

خورشید، منبع حیاتِ زمین

خورشید، اون قلب تپنده‌ای که زندگی رو روی زمین ممکن می‌کنه، انرژیش رو از طریق یه فرآیندِ همجوشی هسته‌ای عظیم به‌دست میاره. به‌علاوه، این ستاره‌ی پرنور یه جریان دائمی از نوترینوها رو بیرون میده؛ ذراتی که مثل پیام‌رسان‌هایِ تغییراتِ درونیش عمل می‌کنن. با اینکه آشکارسازهای نوترینوهای امروزی دارن رفتار فعلی خورشید رو نشون میدن، اما سؤالای اساسی درباره‌ی پایداریش در طول میلیون‌ها سال همچنان وجود دارن. منظور از این زمان، دوره‌ی تکامل انسان و تغییرات آب و هوایی قابل توجه هستش.

هدف LOREX: فهمِ پایداری درازمدتِ خورشید

پیدا کردن جواب این سوالات، هدفِ آزمایش LORandite EXperiment یا LOREX هستش، که نیازمند دانش دقیقی از تأثیر نوترینوهای خورشیدی بر روی تالیوم هست. این اطلاعات حالا توسط همكاریِ بین‌المللیِ دانشمندانی جمع‌آوری شده که از امکاناتِ بی‌نظیرِ GSI/FAIR تو شهرِ دارمشتات استفاده کردن. این همکاری باعث شده اندازه‌گیری‌های بنیادینی انجام بشه که تو فهمِ پایداری درازمدتِ خورشید کمک می‌کنه. نتایج این اندازه‌گیری‌ها تو مجله‌ی علمی Physical Review Letters منتشر شده.

آزمایش LOREX: یه پروژه‌ی منحصر به فرد

LOREX تنها آزمایش نوترینوی خورشیدی زمین‌شناسی شیمیایی دراز مدتی هست که هنوز هم داره پیگیری میشه. این پروژه که تو دهه‌ی ۱۹۸۰ پیشنهاد شد، هدفش اندازه‌گیری جریان نوترینوی خورشیدی برای چهار میلیون سال هست، که معادلِ سن زمین‌شناسیِ سنگ معدن لوراندیت میشه. نوترینوهای تولید شده تو خورشید ما با اتم‌های تالیوم (Tl) که تو یه کانی به اسم لوراندیت (TlAsS2) وجود داره، تعامل می‌کنن و اون‌ها رو تبدیل به اتم‌های سرب (Pb) می‌کنن.

جذابیت ایزوتوپ 205Pb

ایزوتوپ 205Pb به‌خاطر نیمه‌عمر طولانیِ ۱۷ میلیون ساله‌اش، خیلی جالب‌توجه هست و در واقع تو طولِ چهار میلیون سال عمر سنگ معدن لوراندیت پایداره. از اونجایی که اندازه‌گیری مستقیم تأثیر نوترینو بر روی 205Tl فعلاً ممکن نیست، محققان تو GSI/FAIR تو دارمشتات آلمان، یه روشِ هوشمندانه‌ای رو برای اندازه‌گیریِ کمیّت‌های فیزیک هسته‌ای مربوط به تعیینِ تأثیر نوترینو ابداع کردن.

تحقیقات جدید تو فیزیک هسته‌ای و تأثیرش بر فهم تاریخچه‌ی خورشید

اون‌ها از این واقعیت استفاده کردن که این کمیت، یعنی عنصرِ ماتریسِ هسته‌ای، سرعتِ واپاشی بتا از حالتِ پیوند شده‌ی ۲۰۵Tl⁸¹⁺ به ۲۰۵Pb⁸¹⁺ رو تعیین میکنه. اندازه‌گیریِ تجربیِ نیمه‌عمرِ واپاشیِ بتای حالتِ پیوند شده‌ی یون‌های کاملاً یونیزه ۲۰۵Tl⁸¹⁺ فقط به‌خاطرِ توانایی‌های بی‌نظیرِ حلقه‌ی ذخیره‌سازیِ آزمایشی (ESR) تو GSI/FAIR ممکن شد. در حال حاضر، ESR تنها جایی هست که انجام همچین اندازه‌گیری‌هایی توش امکان‌پذیره.

یون‌های ۲۰۵Tl⁸¹⁺ با استفاده از واکنش‌های هسته‌ای توی جداکننده‌ی قطعات (FRS) GSI/FAIR تولید شدن و بعد به‌اندازه‌ی کافی ذخیره شدن تا واپاشی اون‌ها تو حلقه‌ی ذخیره‌سازی مشاهده بشه و با موفقیت اندازه‌گیری بشه. پروفسور یوری آ. لیتوینوف، سخنگوی این آزمایش و محقق اصلی طرحِ مشترکِ شورای تحقیقات اروپا (ERC) به اسم ASTRUm، گفت: «دهه‌ها پیشرفت مداوم تو فناوری شتاب‌دهنده‌ها باعث شد بتونیم یه باریکه‌ی یون ۲۰۵Tl⁸¹⁺ قوی و خالص تولید کنیم و واپاشی‌اش رو با دقت بالا اندازه‌ بگیریم.»

دکتر روی-جیو چن، پژوهشگرِ پسا‌دکتری که تو این پروژه همکاری داشت، توضیح داد: «تیم ما نیمه‌عمرِ واپاشی بتای ۲۰۵Tl⁸¹⁺ رو ۲۹۱ (+۳۳/-۲۷) روز اندازه‌گیری کرد که یه اندازه‌گیریِ کلیدی هست و این امکان رو به ما میده که تأثیر جذب نوترینوهای خورشیدی رو تعیین کنیم.»

وقتی میزان اتم‌های ۲۰۵Pb تو مواد معدنی لوراندیت توسط پروژه LOREX مشخص بشه، میشه بینش‌هایی در مورد تاریخچه‌ی تکاملی خورشید و ارتباطش با آب‌وهوای زمین تو طول هزاران سال به‌دست آورد. پروفسور گابریل مارتینز-پیندو و دکتر توماس نف، که کارِ نظری برای تبدیل اندازه‌گیری‌ها به تأثیر نوترینو رو رهبری کردن، گفتن: «این آزمایش مهم، قدرت فیزیک نجومی هسته‌ای رو تو جواب دادن به سوالات اساسی درباره‌ی جهان نشون میده.»

دکتر راگاندیپ سینگ سیدو، نویسنده‌ی اصلی این مقاله، به اهمیتِ گسترده‌ترِ اون اشاره کرد: «این آزمایش نشون میده که چطور یه اندازه‌گیریِ واحد، هرچند چالش‌برانگیز، می‌تونه نقش کلیدی تو جواب دادن به سوالات علمی مهم مربوط به تکامل خورشید ما بازی کنه.»

این مقاله به یاد همکاران فقید، فریتز بوش، هانس گیسل، پل کیندل و فریتز نولدن تقدیم میشه، کسایی که سهمشون تو موفقیتِ این پروژه خیلی مهم بود.

“`