پژوهش جدید: راز هستی بشر در آستانه کشف شدن!

پژوهش‌های نوین در زمینه ذرات بنیادی و منشأ جهان

فیزیک‌دانان امیدوارند با یادگیری بیشتر درباره کوچک‌ترین ذرات جهان، به سوالات بنیادی درباره منشأ آن پاسخ دهند. پروفسور الکساندر سوسا از دانشگاه سینسیناتی به ترسیم برنامه تحقیقاتی جهانی در زمینه رفتار نوترینوها برای ده سال آینده کمک کرده است. نوترینوها ذراتی به شدت ریز هستند که تقریباً از هر چیزی عبور می‌کنند و در هر ثانیه به تعداد تریلیون‌ها با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کنند. این ذرات در واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در خورشید، تجزیه رادیواکتیو در راکتورهای هسته‌ای، لایه‌های زمین و همچنین در آزمایشگاه‌های شتاب‌دهنده ذرات تولید می‌شوند.

در حین سفر، نوترینوها می‌توانند بین یکی از سه نوع یا “طعم” مختلف جابجا شوند و دوباره به حالت اولیه خود برگردند. اما نتایج غیرمنتظره تجربی باعث شده که فیزیک‌دانان به این فکر کنند که ممکن است نوع دیگری از نوترینو وجود داشته باشد که به آن نوترینو استریل می‌گویند، زیرا به نظر می‌رسد که در برابر سه تا از چهار نیروی شناخته شده مقاوم است. سوسا در این باره گفت: “از نظر نظری، این نوترینو با گرانش تعامل دارد، اما هیچ تعاملی با دیگر نیروها، از جمله نیروی هسته‌ای ضعیف، نیروی هسته‌ای قوی یا نیروی الکترومغناطیسی ندارد.”

در یک مقاله جدید که در مجله فیزیک G منتشر شده است، سوسا و همکارانش به بررسی ناهنجاری‌های تجربی در تحقیقات نوترینو پرداخته‌اند که محققان را به چالش کشیده است. چشم‌انداز جمعی آن‌ها با سناریوهای تأمین مالی علمی توسط هیئت اولویت‌بندی پروژه‌های فیزیک ذرات (P5) بیان شده و در گزارش نهایی این هیئت که در سال 2023 منتشر شد، توصیه‌های مستقیم به کنگره درباره تأمین مالی پروژه‌ها ارائه شده است.

جور زوپان، یکی از نویسندگان و استاد دانشگاه سینسیناتی، گفت: “انتظار می‌رود پیشرفت‌هایی در فیزیک نوترینو در چندین جبهه حاصل شود.” علاوه بر جستجوی نوترینوهای استریل، زوپان اشاره کرد که فیزیک‌دانان در حال بررسی چندین ناهنجاری تجربی هستند – اختلافات بین داده‌ها و نظریه‌ها – که آن‌ها قادر خواهند بود در آینده نزدیک با آزمایشات جدید آن‌ها را آزمایش کنند. یکی از سوالات این است که چرا جهان ماده بیشتری نسبت به پاد ماده دارد، در حالی که بیگ بنگ هر دو را به طور مساوی ایجاد کرده است. سوسا گفت که تحقیقات نوترینو می‌تواند پاسخ این سوال را فراهم کند.

تحقیقات نوترینی: جستجوی پاسخ‌های عمیق

سوسا گفت: “این ممکن است در زندگی روزمره شما تفاوتی نداشته باشد، اما ما در تلاشیم تا بفهمیم چرا اینجا هستیم.” او افزود: “نوترینوها به نظر می‌رسد کلید پاسخ به این سوالات عمیق باشند.” سوسا بخشی از یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های نوترینی به نام DUNE یا آزمایش نوترینی عمیق زیرزمینی است که توسط آزمایشگاه شتاب‌دهنده ملی فرمی انجام می‌شود.

تیم‌ها معدن طلای سابق هوم‌استیک را به عمق ۵۰۰۰ فوت زیر زمین حفاری کرده‌اند تا دستگاه‌های تشخیص نوترینو را نصب کنند. سوسا گفت: “فقط برای رسیدن آسانسور به غارهای تشخیص نوترینو حدود ۱۰ دقیقه طول می‌کشد.” محققان دستگاه‌ها را در عمق زمین قرار می‌دهند تا از تابش‌های کیهانی و تابش‌های پس‌زمینه محافظت شوند. این کار باعث می‌شود تا ذرات تولید شده در آزمایش‌ها به راحتی جدا شوند.

سوسا ادامه داد: “با این دو ماژول تشخیص‌دهنده و قوی‌ترین پرتو نوترینی که تاکنون وجود داشته، می‌توانیم کارهای علمی زیادی انجام دهیم.” او گفت: “شروع به کار DUNE بسیار هیجان‌انگیز خواهد بود. این بهترین آزمایش نوترینی خواهد بود که تا به حال انجام شده است.”

این مقاله یک تلاش بزرگ بود که بیش از ۱۷۰ مشارکت‌کننده از ۱۱۸ دانشگاه یا موسسه و ۱۴ ویراستار، از جمله سوسا را شامل می‌شد. او گفت: “این یک مثال بسیار خوب از همکاری با گروهی متنوع از دانشمندان بود. همیشه آسان نیست، اما وقتی همه چیز به خوبی پیش می‌رود، لذت‌بخش است.”

در همین حال، سوسا و استاد همکارش در دانشگاه کالیفرنیا، آدام آوریسانو، در یک آزمایش نوترینی دیگر به نام NOvA مشغول به کار هستند که بررسی می‌کند چگونه و چرا نوترینوها طعم خود را تغییر می‌دهند. در ماه ژوئن، گروه تحقیقاتی او آخرین یافته‌های خود را گزارش داد و دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌ها از جرم نوترینو را تا به امروز ارائه کرد.

پروژه بزرگ دیگری به نام هایپر-کامیوکاندی یا هایپر-ک، یک رصدخانه و آزمایش نوترینی است که در حال ساخت در ژاپن است. سوسا گفت: “این پروژه باید نتایج بسیار جالبی داشته باشد، به ویژه زمانی که آن‌ها را با DUNE ترکیب کنید. بنابراین این دو آزمایش به طور مشترک دانش ما را به شدت پیشرفت خواهند داد.” او افزود: “ما باید در دهه ۲۰۳۰ برخی از پاسخ‌ها را داشته باشیم.”