ذره نوترینو اولین بار در موسسه تحقیقاتی سرن شناسایی شد

این ذرات با همه این تفاسیر رازهایی در دل دارند که در صورت آشکار شدن می توانند پاسخگوی سوالات اساسی ما در مورد پیدایش جهان باشند.

تاکنون شناسایی نوترینوها به طرز شگفت انگیزی دشوار بوده است. اما ممکن است به زودی تغییر کند. برای اولین بار، دانشمندان نشان دادند که شتاب دهنده های ذرات، مانند شتاب دهنده سرن (سرن)، می توانند برای شناسایی جمعی این ذرات استفاده شوند. به ویژه در مورد نوترینوهای تاو، این یافته می تواند منجر به افزایش تعداد موارد شناسایی شده از تعداد انگشت شماری به هزاران شود.

نتایج این مطالعه اخیرا در مجله Physical Review D منتشر شده است.

آقاروزانه هزاران نوترینو در شتاب دهنده LHC سرن تولید می شود. اما دانشمندان هنوز نتوانسته اند آنها را پیدا کنند.

شتاب دهنده های ذرات، از جمله شتاب دهنده LHC در سرن، برای برخورد پرتوهای هادرونیک با سرعت تقریباً نور استفاده می شوند. در فیزیک به ذرات کوچکتر از یک اتم ساخته شده از چند کوارک هادرون می گویند. در نتیجه این برخوردها، ذرات زیراتمی مانند کوارک ها و بوزون ها پراکنده می شوند و توسط آشکارسازها (مانند آشکارساز ATLAS) نظارت می شوند. نوترینوها همیشه بخشی از این فرآیند بوده اند، اما قبلاً هیچ آزمایشی برای شناسایی آنها طراحی نشده بود.

بخش مهمی از این مشکل این است که در LHC از آهنربا برای هدایت ذرات در مسیر منحنی شتاب دهنده استفاده می شود و آشکارسازها در طول مسیر قرار می گیرند. اما این هادی های مغناطیسی هیچ تاثیری بر ذرات بدون بار مانند نوترینوها ندارند. در نتیجه، نوترینوها، مانند خودرویی با لاستیک‌های پنچر و دریفت، از این مسیر تشخیص بیرون رانده می‌شوند.

  روندهای جدید نشان دهنده طراحی مدرن نسل هشتم آی پاد تاچ است

اما پروفسور جاناتان فنگ، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، ایده ثبت داده های جدید در این آزمایش ها را مطرح کرد: FASER: Фorwآسوم اسآرش Expeآرتصور).

فنگ، محقق اصلی این پروژه، برای اولین بار ایده FASER را به عنوان راهی جدید برای کشف یک کلاس کاملاً جدید از ذرات “فوق متقارن” مطرح کرد. نظریه ابر تقارن در فیزیک به این معنی است که وقتی ذرات بنیادی در ابتدای جهان تشکیل می شوند، ابرذرات مربوط به آنها نیز تشکیل می شود. به عنوان مثال، برای هر نوع بوزونی یک نوع فرمیون مربوطه وجود دارد و بالعکس. اگرچه این دستاوردهای کلیدی FASER ممکن است در آینده به دست آید، نتایج اولیه این آزمایش که در نوامبر سال جاری منتشر شد، کشف شش نوترینو در LHC را تایید می کند.

نوترینو چیست و چرا مهم است؟

همانطور که در بالا ذکر شد، نوترینوها ذرات بسیار سبکی هستند (حداقل شش میلیون بار سبکتر از الکترونها) که هیچ بار الکتریکی و تقریباً هیچ برهمکنشی (طبق دانش اندک بشر!) با ماده ندارند. به همین دلیل است که این ذره می تواند بدون اینکه متوجه شویم از بدن ما عبور کند.

سوپر کامیونآزمایشات نوترینو تاکنون بسیار پرهزینه و غیر متعارف بوده است. به عنوان مثال در ژاپن هزاران تن آشکارساز آب و نور در سوپر کامیوکنده استفاده شده است.

واکنش های هسته ای پرانرژی که در قلب خورشید رخ می دهد، باران نوترینویی را به زمین هدایت می کند. این ذرات کوچک نیز در اثر فروپاشی اتم ها، پرتوهای کیهانی و برخورد ذرات زمینی به وجود می آیند. با وجود فراوانی نوترینوها، یافتن آنها بسیار دشوار است.

  آپدیت MIUI 12.5 Enhanced Poco X3 GT و Redmi 9 Prime منتشر شد.

آزمایش‌های مهم نوترینو در یک شتاب‌دهنده مینی‌بوس در آزمایشگاه ایلینوی، در آشکارساز نوترینو مکعب یخ در قطب جنوب و در رصدخانه سوپر کامیوکانده در ژاپن انجام می‌شود. این تلاش ها، مانند FASER، بر شناسایی اجزای Notirino متمرکز است.

تست FASER

این آزمایش ارزان‌تر و کوچک‌تر از آزمایش‌های قبلی است (به عنوان مثال، یک ابر کامیون به 50000 تن آب نیاز دارد). اولین نسخه از FASER که از تجهیزات سرن ساخته شده بود، تنها 29 کیلوگرم وزن داشت، تقریباً اندازه یک سگ با جثه متوسط.

این تیم تحقیقاتی قصد دارد تا سال 2022 نسخه نهایی FASER را تولید کند که 1100 کیلوگرم وزن دارد و از نسخه اصلی قدرتمندتر و حساس تر است. اما صرف نظر از اندازه، FASER از یک فناوری تصویربرداری قدیمی به نام تشخیص امولسیون برای گرفتن نوترینوها در طی مراحل زیر استفاده می کند:

  • ورق های قلع و تنگستن با لایه هایی از امولسیون (مواد چسبناک و حساس به نور) به هم چسبانده می شوند.
  • نوترینوهایی که در جریان LHC در گردش هستند با این صفحات برخورد می کنند و به ذرات جدید تجزیه می شوند.
  • فیزیکدانان تصاویری از اثرات ایجاد شده بر روی لایه امولسیونی این ذرات ایجاد می کنند.
  • با مطالعه انرژی این آثار، محققان قادر خواهند بود طعم نوترینوها را تشخیص دهند. تاو، ماه یا الکترون. آنها همچنین می توانند تشخیص دهند که این ذره یک نوترینو بود یا یک پادنوترینو.

موقعیت FASER در سرنمحل FASER در شتاب دهنده LHC موسسه تحقیقات سرن

دفتر اسناد رسمی تائو

نوترینوها سه نوع یا به گفته فیزیکدانان سه طعم دارند: تاو، میون و الکترون. این عناوین به ما می گویند که نوترینوها پس از برخورد با هسته اتم چه اجزایی را تجزیه می کنند. نوترینو علاوه بر آزادسازی پروتون‌ها و پادنوترینوها در طول این فرآیند که واپاشی بتا منفی نامیده می‌شود، میون‌ها، تاو یا الکترون‌ها نیز آزاد می‌شوند.

  تغییرات سازمانی گسترده در مایکروسافت برای تمرکز بیشتر روی اندروید

در میان این عطرها، تاو نوترینوها نادرترین گونه هستند و شناسایی آنها چالش برانگیزتر است. قبل از آزمایش FASER، تنها 10 نوترینو تاو در آزمایشی که 21 سال پیش در آزمایشگاه فرمی در ایلینوی انجام شد، شناسایی شد. شناسایی چندین نوترینو تاو از طریق آزمایش های اولیه FASER نوید تشخیص بیشتر این طعم نوترینوها در افق نزدیک را می دهد.

نسخه اولیه FASERنسخه اولیه FASER

ضد نوترینو چیست؟

علاوه بر تمایز بین طعم های مختلف نوترینوها، FASER بین نوترینوها و آنتی نوترینوها نیز تمایز قائل می شود که با تشخیص مواجه می شوند. یک ضد نوترینو در اصل یک نوترینو با “بار مخالف” است. اگرچه نوترینوها و پادنوترینوها هیچ بار الکترومغناطیسی ندارند، اما «بار مخالف» به تعداد لپتون ذرات اشاره دارد. عدد کوانتومی برای توصیف خواص ذرات زیر اتمی.

اگر این به نظر عجیب می رسد، به این دلیل است که عجیب است! خود دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که دقیقاً چه چیزی یک نوترینو را از یک پادنوترینو متمایز می کند. با این حال، مطالعه بیشتر ضد نوترینوهایی که FASER به آنها دست خواهد یافت، گام بزرگی در پاسخ به این سوال خواهد بود.

از سال 2022، تیم FASER انتظار دارد بیش از 10000 نوترینو را شناسایی کند. این داده ها می توانند گامی اساسی به جلو در پاسخ به سؤالات اساسی فیزیک باشند. سوالاتی مانند “منبع ماده کجاست؟” یا “چرا بخش زیادی از جهان از ماده تاریک تشکیل شده است؟”

دیدگاهتان را بنویسید