آزمایشگاه‌هایی که در جستجوی ارواح هستند!

چگونه مي‌توان ذره‌اي را مطالعه كرد كه مي‌تواند بدون توقف از ميان تكه‌اي از سرب به بزرگي يك سال نوري عبور كند؟ دانشمندان براي انجام اين‌كار آزمايشگاه‌هايي عظيم و عجيب در گوشه و كنار جهان ساخته‌اند.

کد خبر: ۵۸۹۹۰۱

تاریخ: ۲۸ ارديبهشت ۱۳۹۵ - ۱۰:۳۰

دانشمندان آنها را اشباح می‌نامند، ذراتی که تقریبا هیچ جرمی ندارند،‌ در سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند و طی سه دهه گذشته از زیر بار تلاش‌های دانشمندان برای اثبات وجودشان گریخته‌اند.

به گزارش همشهری آنلاین به نقل از ساينس الرت،‌ نوترينو‌هاي گريزپا همان اشباحي هستند كه دانشمندان اميدوارند بتوانند به ده‌ها پرسش كليدي درباره جهان هستي، و اينكه چرا مملو از ماده است، پاسخ دهند.

نوترينوها در حين تجزيه عناصر راديواكتيو ايجاد مي‌شوند. اين ذرات از خورشيد و ديگر ستاره‌ها و حتي از بدن انسان به بيرون فوران مي‌كنند. همچنين اين ذرات مي‌توانند بدون كوچكترين مشكلي به راحتي از ميان حجم انبوهي از ماده عبور كنند.

اكنون اين پرسش پيش مي‌آيد كه چگونه مي‌توان ذره‌اي را مطالعه كرد كه مي‌تواند بدون توقف از ميان تكه‌اي از سرب به بزرگي يك سال نوري عبور كند؟ دانشمندان براي انجام اين‌كار آزمايشگاه‌هايي عظيم و عجيب در گوشه و كنار جهان ساخته‌اند.

آزمايشگاه GERDA

آزمايشگاه ردياب GERmanium،‌به اختصار GERDA، به واسطه كنترل فعاليت‌هاي الكتريكي درون بلورهاي خالص ژرمانيوم كه در اعماق كوهي در ايتاليا محبوس شده‌اند، به جستجوي نوترينوها مي‌پردازد. دانشمندان اميدوارند بتوانند در اين آزمايشگاه زيرزميني بزرگ تجزيه راديواكتيوي بسيار كميابي را شاهد باشند.

دانشمندان مي‌گويند زماني كه انفجار بزرگ رخ داده و جهان درحدود 13.7 ميليارد سال پيش متولد شد، بايد حجم برابري از ماده و ضد ماده ايجاد مي‌شد و زماني كه ماده و ضد ماده با هم برخورد مي‌كنند، يكديگر را نابود كرده و چيزي به جز انرژي از خود به جا نمي‌گذارند. اما اوضاع به اين شكل پيش نرفت زيرا در اين صورت اكنون درحال خواندن اين مطلب نبوديد.

درصورتي كه دانشمندان بتوانند فرايند تجزيه‌اي كه درجستجويش هستند را بيابند، اين به آن معني خواهد بود كه نوترينو مي‌تواند همزمان ذره و ضد ذره باشد و اين توضيح مي‌دهد كه چرا جهان ماده را بر ضد ماده ترجيح داده و ما امروز اينجا حضور داريم.

رصد‌خانه نوترينوي سادبري

رصد‌خانه كانادايي نوترينوي سادبري (SNO) تقريبا در عمق 1.6 كيلومتري از زمين دفن شده‌است. اين رصد‌خانه در دهه 1980ساخته شد اما به تازگي با تغيير كاربري به مركزي براي شكار نوترينو تبديل شد. اين رصد‌خانه در زمين،‌ خورشيد و حتي ابرنواخترها به دنبال نوترينو مي‌گردد. در قلب اين مركز حباب پلاستيكي بزرگي قرار دارد كه با 800 تن مايع درخشنده پر شده‌است. اين حباب توسط لايه اي از آب احاطه شده‌ و توسط طناب در جايي ثابت شده‌است و مجموعه‌اي از 10 هزار ردياب نوري حساس تحت نظر قرار گرفته‌است.

زماني كه نوترينو‌ها با ديگر ذرات تعامل برقرار مي‌كنند،‌درون مايع درخشان نور ايجاد مي‌شود و ردياب‌ها اين نور را رديابي مي‌كنند. به لطف اين رصد‌خانه اكنون دانشمندان مي‌دانند كه دست‌كم سه نوع مختلف يا سه طعم مختلف از نوترينو‌ها وجود دارد كه با حركت در فضا به يكديگر تبديل مي‌شوند.

IceCube

بزرگترين ردياب نوترينو در جهان در قطب جنوب واقع‌ شده‌است كه در آن 5160 حسگر درون يك ميليارد تن يخ پخش شده‌اند تا نوترينوهاي پرانرژي كه از منابع قدرتمند كيهاني مانند ستاره‌هاي درحال انفجار، سياهچاله‌ها و ستاره‌هاي نوتروني ايجاد شده‌اند را رديابي كنند.

زماني كه نوترينو با مولكول‌هاي آب موجود در يخ برخورد مي‌كند،‌انفجارهايي پرانرژي از ذرات زيراتمي ايجاد مي‌شود كه مي‌توانند تا وسعت زيادي پراكنده شوند. اين ذرات به اندازه‌اي سريع حركت مي‌كنند كه مقدار ناچيز نوري مخروطي شكل از خود متصاعد مي‌كنند كه به تابش چرنكوف شهرت دارد و اين همان چيزي است كه IceCube آن را رديابي مي‌كند. دانشمندان اميدوارند با استفاده از اطلاعات اين مركز بتوانند مسير حركت نوترينوها را بازسازي كرده و منبع آنها را شناسايي كنند.

Daya Bay

اين آزمايشگاه كه به سه راهروي آزمايشي مجهز است، زير تپه‌هاي دايا بي مدفون شده‌است. 6 ردياب استوانه‌اي كه هريك حاوي 20 تن مايع درخشنده است، درون راهروهاي اين مركز قرار دارند و توسط بيش از هزار ردياب نوري محاصره شده‌اند. كل اين سيستم درون استخرهايي از آب زلال قرار گرفته‌اند تا هيچ‌نوع تشعشعات اضافي به آنها نرسد.

گروهي 6 تايي از رآكتورهاي هسته‌اي نزديك به اين سازه، در ثانيه ميليون‌ها كوادريليون الكترون ضد نوترينويي بي‌خطر را از خود منتشر مي‌كند. اين جريان ضدنوترينويي با مايع درخشنده واكنش داده و فلش‌هاي درخشاني از نور ايجاد مي‌شود كه اين نور را ردياب‌ها شناسايي مي‌كنند.

Super-Kamiokande

رصدخانه كاميوكاند در عمق 914 كيلومتري كوهستان‌هاي غرب ژاپن واقع شده‌است. اين ردياب بزرگ حاوي 50 هزار تن آب خالص است كه نزديك به 11200 ردياب نوري آن را احاطه كرده‌است، كه در صورت خرابي مهندسان بايد اين ردياب‌ها را با كمك قايق تعمير كنند.

مشابه IceCube، اين رصد‌خانه از تابش چرنكوف استفاده مي‌كند. Super K اولين رصد‌خانه‌اي است كه توانست شواهدي مستحكم از نوسانات نوترينويي و وجود جرم در اين ذرات به دست آورد.