ه‍.ش. ۱۳۹۵ تیر ۲۸, دوشنبه

ذره‌ی ابرقهرمان

از: پل رینکون (دبیر اخبار علمی بی‌بی‌سی نیوز)

ذره‌ی ابرقهرمان


فهرست مندرجات

.



چرا نوترینو برنده نوبل فیزیک شد؟

چرا نوترینو برنده نوبل فیزیک شد؟

نوترینو (به انگلیسی: Neutrino) به‌معنای «کوچک خنثی»، یک ذره‌ی بنیادی است که معمولاً با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند، از نظر الکتریکی خنثی بوده و قادر است از درون مواد تقریباً بدون هیچ برهمکنشی عبور نماید. نوترینوها دارای جرم بسیار کوچک، اما غیر صفر هستند.[۱]

جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۵ به این کشف تعلق گرفته که نوترینوها تغییر هویت می‌دهند. چرا این کشف مستحق مهم‌ترین جایزه‌‌ی علمی جهان شناخته شده؟

وجود این ذرات را ابتدا ولفگانگ پاولی دانشمند اتریشی در سال ۱۹۳۰ پیش‌بینی کرد. نوترینوها یکی از حدوداً ۱۷ عنصر ساختمانی غیرقابل تقسیم در جهان هستند.

نوترینوها در عالم ذرات بنیادی ریزتر از اتم، به‌ندرت با سایر ذرات کنش دارند. دانشمندان تخمین می‌زنند که نوترینوها می‌توانند از قطعه‌ای از سرب به‌قطر ۱۰ تریلیون کیلومتر (به‌عبارت دیگر یک‌سال نوری) عبور کنند، بی‌آن‌که به یک اتم آن برخورد کنند.

با این حال، این ذرات همه‌جا هستند. هرچند از وجودشان آگاه نیستیم، اما میلیاردها عدد از این ذره هر ثانیه از بدن ما رد می‌شود.

از وقتی‌که ولفگانگ پاولی وجود این ذره‌ی را پیش‌بینی کرد، تا زمانی‌که عملاً توسط فردریک راینز و کلاید کوان فیزیکدانان آمریکایی کشف شد، ربع قرن طول کشید.

دانشمندان خیلی صبر کرده‌اند، اما ظاهراً صبرشان به ثمر نشسته: به‌نظر می‌رسد که نوترینو در درک بسیاری از معماهای فیزیک مدرن نقشی کاملاً حیاتی دارد؛ مثلاً شاید درک این معما که چرا کیهان عمدتاً از ماده تشکیل شده است.

فیزیک نوبل امسال به‌خاطر یافتن پاسخ یکی از اولین سوالات مربوط به فیزیک نوترینو اعطا شد.


تغییر هویت

در دهه ۱۹۶۰، نظریه‌پردازان شمار نوترینوهایی که باید در واکنش هسته‌ای در داخل خورشید تولید شود را حساب کردند. اما اندازه‌گیری‌های بعدی این نوترینوهای خورشیدی نشان داد که فقط یک سوم میزان محاسبه شده قابل ردیابی است.

دانشمندان استدلال کردند که شاید محاسبات غلط باشد. اما توضیح دیگری هم ممکن بود:‌ اگر نوترینوها هویت خود را تغییر دهند چه؟

نوترینوها هم مثل شخصیت‌های سینما به‌راحتی در ظاهری متفاوت نمایان می‌شوند. نوترینوها سه هویت دارند: نوترینوی الکترونی، نوترینوی میونی و نوترینوی تائو. تصور می‌شود که آن‌ها بین این سه تغییر هویت می‌دهند.

پروفسور آلفونز وبر فیزیکدان ذرات در دانشگاه آکسفورد به بی‌بی‌سی گفت:‌ «مثل این است که کسی سیب هوا بیاندازد، اما پرتقال توی دستش فرود بیاید.»

خورشید فقط نوترینوهای الکترونی تولید می‌کند. اما اگر این‌ها در مسیر حرکت به‌سوی زمین به دو نوع دیگر بدل شوند، مشاهدات تجربی با نظریات تطبیق خواهد یافت.

برای کشفی که جایزه نوبل به آن تعلق گرفت از دو مرکز علمی استفاده شد: ردیاب سوپر-کامیوکاند در ژاپن و رصدخانه نوترینوی سادبری در کانادا. هر دو ردیاب در عمق زمین ساخته شده‌اند، تا امواجی که ممکن است مزاحم ردیابی علائم نوترینو شود را حذف کنند. هر دو مرکز در نهایت موفق به تایید هویت متغیر این ذره شدند.


سوال بزرگ

پروفسور وبر گفت: «جایزه نوبل برازنده این دو فیزیکدان و آزمایش‌های آن‌هاست.»:

    «البته نباید خیلی غیرمنتظره می‌بود چون کشف تغییر نوترینوها (که او آن را انتقال از یک نوع به نوع دیگر می‌خواند) برای من چیزی در حد و اندازه کشف بوزون هیگز بود.»

کشف بوزون هیگز - که به‌خودی خود شگفت‌انگیز بود - درها را به‌روی سایر کشفیات گشود.

نظریه غالب فیزیک ذرات موسوم به مدل استاندارد، این است که نوترینوها مثل فوتون‌ها جرم ندارند. اما تغییر هویت نوترینوها نیازمند جرم است.

پروفسور استفان سولدنر رمبالد از دانشگاه منچستر به بی‌بی‌سی گفت:‌ «کشف جرم نوترینو و نوسان نوترینو اولین ترک در مدل استاندارد فیزیک ذرات بود.»

توانایی تغییر نوترینو هم‌چنین ممکن است کلید درک علت تشکیل کیهان عمدتاً از ماده و نه‌همتای شبح‌وار آن، ضدماده، باشد.

تصور می‌شود که در جریان مه‌بانگ (بیگ بنگ) به یک اندازه ماده و ضدماده تولید شده باشد. اما وقتی یک ذره ماده به ضدماده‌اش برخورد می‌کند، هر دو با انتشار انرژی ناپدید می‌شوند.

اگر برخورد ضدماده و ماده بی‌وقفه ادامه می‌یافت، کیهان فقط متشکل از فوتون‌ها می‌بود و نه چیز زیاد دیگری. اما تغییر شکل نوترینو و ضدنوترینو شاید کفه‌ی ترازو را به نفع ماده سنگین‌تر کرده باشد.

پروفسور وبر می‌گوید: «به‌درستی درک نشده است. اما اگر نوسان نوترینوها متفاوت از ضدنوترینوها باشد، تحت شرایط خاص در اوایل تشکیل کیهان، انتقال متفاوت نوترینوها به یک نوع و بعد به نوع دیگر، و تبدیل ضدنوترینوها به یک نوع و بعد نوع دیگر، ممکن است بیشتر به تشکیل ماده منجر شده باشد تا ضدماده.»

شاید هم نوترینوی ناقابل مثل ابرقهرمان کتاب‌های مصور، ما را از نابودی نجات داده باشد.[٢]


[] يادداشت‌ها

يادداشت ۱: اين مقاله برای دانش‌نامه‌ی آريانا توسط مهدیزاده کابلی ارسال شده است.


[] پی‌نوشت‌ها

[۱]- نوترینو، از ویکی‌پدیا، دانشنامه‌ی آزاد
[٢]- پل رینکون، ذره ابرقهرمان؛ چرا نوترینو برنده نوبل فیزیک شد، وب‌سایت فارسی بی‌بی‌سی (بخش دانش): پنج‌شنبه ٨ اكتبر ٢٠۱۵ - ۱٦ مهر ۱٣۹۴


[] جُستارهای وابسته




[] سرچشمه‌ها

وب‌‌سایت بی‌بی‌سی