تم إنشاء "جسيمات الأشباح" على الأرض: ما المعروف عنها وسبب أهميتها

ابتكر الفيزيائيون واكتشفوا لأول مرة "جسيمات شبحية" عالية الطاقة داخل أكبر كوكب في العالم

المسرع الذري. قد تساعد البيانات التي تم الحصول عليها في الكشف عن أسرار كيفية تحول النجوم إلى مستعرات أعظم.

ما هي النيوترينوات؟

اسم النيوترينو ساكن مع الكلمة"محايد" لسبب ما. لديهم شحنة كهربائية صفر وكتلة صفر تقريبًا. وهذا يعني أنهم لا يتفاعلون أبدًا مع أنواع أخرى من المادة. تسمى النيوترينوات بالجسيمات الشبحية لسبب ما، فهي "تطير" عبر المادة العادية بسرعة قريبة من سرعة الضوء دون أن تتغير. في كل ثانية، يمر حوالي 100 مليار نيوترينو عبر كل سنتيمتر مربع من جسم الإنسان.

من أين أتت النيوترينوات؟

النيوترينوات هم المتجولون في الفضاء.وينشأ بعضها من التفاعلات النووية في الشمس، عندما تندمج الذرات في أعماق النجم. يطلقون النيوترينوات، التي تطير بعيدًا عن النجم في غضون ثوانٍ. تأتي بعض الجسيمات الشبحية من الانشطار النووي هنا على الأرض، كما هو الحال في المفاعلات النووية. وحتى البوتاسيوم المتحلل داخل الموز يمكن أن ينبعث منه النيوترينوات، وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية.

تم اكتشاف النيوترينوات لأول مرة وهي تخرج من مفاعل نووي في عام 1956. بعد الفوتونات، تعتبر الجسيمات دون الذرية الأكثر وفرة في الكون.

اثنان من النيوترينوات. تم التقاط الصورة في 4 يوليو 1959، في NARA & أرشيف النطاق العام لـ DVIDS — احصل على الأرشيف

لكن على الرغم من وجودهم في كل مكان ،إن الحد الأدنى من التفاعل بين الجسيمات عديمة الشحنة وتقريباً عديم الكتلة مع المواد الأخرى يجعل من الصعب للغاية اكتشافها. للقبض عليهم ، يقوم العلماء والمهندسون ببناء أجهزة الكشف عن النيوترينو في جميع أنحاء العالم. وأشهرها مرصد IceCube Neutrino ، الذي يقع في القطب الجنوبي.

تم شرح المظهر الفريد للنيوترينوات بعد ما يقرب من 10 سنوات: ما سبب أهميته

اكتشف هو وغيره من تجارب اكتشاف النيوترينو الشهيرة ، مثل كاشف Super-Kamiokande الياباني ، MiniBooNE Fermilab النيوترينوات الناتجة عن ضوء الشمس.

النيوترينوات "الأكثر أهمية"

والأهم من ذلك كله هو أن العلماء مفتونون بالنيوترينوات الموجودة في الأعلىالطاقات. وهي تولد عندما تندمج النجوم، وتولد المستعرات الأعظم، وعندما تصطدم جزيئات من الفضاء السحيق بالغلاف الجوي للأرض، ظلت هذه الأشباح عالية الطاقة حتى الآن لغزا للعلماء.

الآن اكتشف الفيزيائيون استخدام النيوترينواتكاشف FASER في مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، وهو أكبر مسرع للجسيمات في العالم، والذي يقع في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) بالقرب من جنيف، سويسرا. قدم العلماء نتائج البحث في مؤتمر Rencontres de Moriond السابع والخمسين للتفاعلات الكهربائية الضعيفة والنظريات الموحدة. مؤتمر لا تويلا بإيطاليا قال جوناثان فنغ، عالم الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في إيرفاين والرئيس المشارك لتعاونية FASER: "لقد اكتشفنا النيوترينوات من مصدر جديد تمامًا - مصادمات الجسيمات - حيث تصطدم حزمتان من الجسيمات مع بعضها البعض عند طاقات عالية للغاية".

تجربة FASER

تجربة البحث الأمامي (FASER) - الكاشفالجسيمات، تم تصميمها وبناؤها من قبل فريق دولي من علماء الفيزياء من CERN، في حين أن كاشفات الجسيمات في CERN مشهورة بارتفاعها عدة طوابق ووزنها آلاف الأطنان، إلا أن FASER يعد استثناءً.

يزن FASER حوالي طن ويناسب مقاسًا صغيرًاالنفق الجانبي لـ CERN. ومن المثير للاهتمام أنه تم تطويره في بضع سنوات فقط ويستخدم قطع غيار من تجارب أخرى أجريت في المنشأة.

أسرع

أعلن علماء فريق FASER يوم الأحد في مؤتمر بإيطاليا أنهم نجحوا في اكتشاف النيوترينوات بعد اصطدام شعاعين من الجسيمات عالية الطاقة للغاية داخل LHC.

بالإضافة إلى النيوترينوات، يهدف مشروع FASER أيضًا إلىالمادة المظلمة. يُعتقد أن المادة المظلمة موجودة في معظم المادة في الكون، ولم يتم اكتشافها من قبل. كما هو الحال مع النيوترينوات، قد تكون FASER أيضًا أول تجربة تساعد في اكتشاف المادة المظلمة عندما تكون في CERN. ستبدأ جولة جديدة من تصادمات الجسيمات خلال بضعة أشهر.

كيف فعل الفيزيائيون ذلك؟

للقبض على "الأشباح دون الذرية" أيها الفيزيائيونقام ببناء فخ للكشف عن الجسيمات: صفائح معدنية كثيفة من الرصاص والتنغستن، محصورة بعدة طبقات من مستحلب كاشف للضوء. عندما اصطدمت حزم قوية من البروتونات داخل مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، أنتجت تيارًا من الجسيمات الجانبية، كانت نسبة صغيرة منها عبارة عن نيوترينوات. لقد اصطدمت بالنوى الذرية في صفائح معدنية كثيفة وتفككت إلى جزيئات أخرى. عملت طبقات المستحلب بنفس الطريقة التي كانت تعمل بها الأفلام الفوتوغرافية القديمة، حيث تتفاعل مع منتجات النيوترينو الثانوية، وتطبع الخطوط العريضة للجسيمات التي يمكن تتبعها أثناء مرور النيوترينوات من خلالها.

العمل مع هذا المستحلب الذي يشبه الفيلمومن خلال تحليل مسارات الجسيمات، وجد الفيزيائيون أن بعض العلامات كانت نتيجة لتدفقات الجسيمات التي خلقتها النيوترينوات أثناء مرورها عبر الصفائح. حتى أن العلماء تمكنوا من تحديد أي من "النكهات" الثلاثة لجسيمات النيوترينو - تاو، أو الميون، أو الإلكترون - وجدوها.

تم اكتشاف ستة نيوترينوات في الدورةتم تحديد التجربة لأول مرة في عام 2021. استغرق الأمر من الفيزيائيين عامين لجمع بيانات كافية للتأكد من أنهم هم. ويأمل العلماء الآن في العثور على المزيد من النيوترينوات ويخططون لاستخدامها لدراسة البيئات في جميع أنحاء الكون حيث تتشكل جسيمات شبحية عالية الطاقة.

لماذا هو مهم جدا؟

"إن هذه النيوترينوات ذات الطاقة العالية جدًا الموجودة في LHC مهمةلفهم الملاحظات المثيرة حقًا في الفيزياء الفلكية للجسيمات،" جيمي بويد، عالم فيزياء CERN والرئيس المشارك لـ FASER، ومع الاكتشافات الجديدة، يأمل الفيزيائيون في شرح كيفية احتراق النجوم وانفجارها؛ كيف تؤدي تفاعلات النيوترينو عالية الطاقة إلى تكوين جسيمات أخرى في الفضاء.

قراءة المزيد:

يعتقد العلماء أن شكل الكون ليس ما يعتقده الجميع

أظهرت مروحية ناسا غروب الشمس على سطح المريخ. لا تبدو مثل الأرض.

أطلق عليه اسم نبات يساعد مستخلصه على إنقاص الوزن دون آثار جانبية