نوترينوها: همه ي آنچه مي خواهيد درباره شان بدانيد

"... ما در اينجا به نوترينوهايي که سريع تر از نور حرکت کنند، اجازه ورود نخواهيد داد"، اين گفته هاي يک پيشخدمت رستوران است. وي در ادامه مي گويد: "يک روز نوترينويي به اين رستوان آمد...". همچنان که گزارش هايي منتشر مي شود مربوط به ذراتي زير اتمي که سريع تر از نور جابه جا مي شوند و آرزوي سفر در زمان را زنده مي کنند، يک چنين شوخ طبع هايي نيز پيدا مي شوند. اما بهتر است بدانيد اين جابه جايي شتابناکِ ظاهري، تنها نکته عجيب در خصوص نوترينوها نيست.

آنها دقيقاً چيستند؟
 

با باري خنثي و جرمي نزديک به صفر، نوترينوها مرموزترين ذرات شناخته شده هستند که بسيار به ندرت با ماده عادي واکنش مي دهند؛ و با سرعت گيج کننده چند تريليون در ثانيه، در بدن ما، ساختمان ها، و زمين فرو مي روند و بيرون مي آيند. اولين بار وجود اين ذرات در سال 1930 توسط "ولفگانگ پائولي" پيش بيني شد - کسي که به خاطر کار بر روي همين مسئله، در سال 1945 جايزه نوبل فيزيک را به دست آورد. همچنين، اين ذرات در واکنش هاي هسته اي متفاوتي توليد مي شوند: فوزيون يا همجوشي هسته اي، که در خوشيد اتفاق مي افتد؛ فيزيون يا شکافت هسته اي که اين روزها توسط انسان ها کنترل شده و براي ساختن سلاح و ايجاد انرژي استفاده مي شود؛ و همچنين در خلال واپاشي هاي پرتوزاي درون زمين.

اگر آنها تا اين اندازه منزوي هستند، چگونه پي به وجودشان برده ايم؟
 

هر چند که نوترينوها بسيار به ندرت با ماده عادي واکنش مي دهند، اما گاهي اوقات با ذرات داخل اتم برخورد مي کنند و ردي از خود برجا مي گذارند که با رديابي آن مي توانيم موفق به شناسايي شان شويم. "فردريک رينز" به خاطر اولين آشکارسازي اين ذرات در سال 1956، توانست جايزه نوبل فيزيک را در سال 1995 به دست آورد.
در اکثر موارد، آزمايش هاي آشکار سازي در استخرهاي بزرگي از آب يا مواد روغني انجام مي شود. وقتي نوترينوها با الکترون هاي مولکول هاي اين آب يا روغن ها برخورد مي کنند، پرتوي از نور ساطع مي کنند که حسگرها قادر به آشکار سازي شان هستند.

يافته هاي اخير در کجا به دست آمده اند؟
 

اين روزها، مقادير زيادي سرمايه و مهندساني بسيار توانا براي رسيدگي به حسگرها به خدمت گرفته شده اند.
حسگرها در اعماق زمين ساخته شده اند، و اين مسئله باعث ايجاد حفاظي براي آنان در برابر ذرات مضر است. براي مثال، آشکارساز اپرا، که نوترينوهاي سريع تر از نور را که از طرف سرن فرستاده شده بود آشکار کرد، در درون کوهستان "گرن ساسو" در ايتاليا واقع شده است. همه اين کارها به اين خاطر است که نوترينوها از چنين موانعي هم توان عبور دارند و بنابراين بايد امنيت را با بالاترين دقت رعايت کرد.
بعضي ديگر از آشکارسازها بر روي نوترينوهايي که به طور طبيعي توليد مي شود کار مي کنند. مانند آشکارساز "آنتراس" که در اعماق درياي مديترانه قرار گرفته است، يا يکي ديگر همچون "آيس کيوب" که در درون يخ هاي قطب جنوب فرورفته است.

چه نکته اي درباره نوترينوها جالب است؟
 

انزواي نوترينوها، باعث مي شود اهميت بالقوه آنها را ناديده بگيريم. نفوذ به ابعاد اضافي، يکي از نکات جالب در مورد نوترينوهاست. ذرات در زمينه ي گردش، به دو گروه تقسيم مي شوند: يک گروه در جهت عقربه هاي ساعت به دور خود مي چرخند يا در اصطلاح داراي "اسپينِ ساعت گرد" هستند، و گروهي ديگر که در خلاف جهت عقربه هاي ساعت به دور خود مي چرخند که در اصطلاح داراي اسپين پادساعت گرد هستند. نوترينوها تنها ذراتي هستند که به نظر مي رسد فقط داراي انواعي از گروه "اسپين پادساعت گرد" هستند. به عبارتي ديگر، گروهي از ذرات نوترينو که به صورت ساعت گرد به دور خود بچرخند، مشاهده نشده است. بعضي نظريه پردازان مي گويند اين مدرکي است براي ابعاد اضافي، که احتمالاً ميزبان آن دسته از نوترينوهايي است که گم شده به حساب مي آيند.

نکته ديگري هم هست؟
 

همين نوترينوهاي سرعت گردِ ديده نشده، مي توانند نامزدي باشند براي چيستي ماده تاريک - 80 درصد از کل ماده که براي از هم نپاشيدن جهان ما لازم است. عقيده بر اين است که مقدار اين "ديگر گروهِ گم شده"، بايد بسيار بيشتر از گروه شناخته شده باشد، تا بدين گونه نيروي گرانشيِ مورد نظر تأمين شود.

اما منظور از اين که آنها چند شخصيتي و چند ماهيتي هستند چيست؟
 

ديگر نکته عجيب در خصوص نوترينوها، اين است که آنها مي توانند حداقل سه ماهيت متفاوت به خود بگيرند که عبارتند از تائو، الکترون و موئون و جالب تر اين که مي توانند از يک ماهيت به ماهيت ديگري خود را تغيير دهند. تحقيقات اخير پيشنهاد مي کند که ممکن است روش هاي متفاوتي براي کنش و واکنش نوترينوها و يادنوترينوها با هم وجود داشته باشد. اين بدان معناست که ممکن است وقتي نوعي از نوترينو با پادنوترينوي مشابهش واکنش مي دهد، در باز توليد نوترينو، نوعي ديگر از آن توليد شود؛ که در اين صورت ممکن است توضيحي براي اين موضوع پيدا شود که چگونه اين عدم تعادل موجود بين ماده و پادماده، در اوايل ايجاد جهانمان به وجود آمده است.

و سؤال آخر اين که آيا اين ذرات، کاربرد عملي هم دارند؟
 

يک چند تايي و موارد بيشتر هم در دست بررسي است. بعضي از فيزيکدان ها اميدوارند با پيدا کردن روش هاي آسان تري براي آشکارسازي نوترينوها، رآکتورهاي هسته اي مخفي و غير قانوني بر روي کره زمين را پيدا کنند. روياي ديگري که در استفاده از آنها وجود دارد و اساسي براي نوشتن يک رمان علمي - تخيلي با موضوع سيستمي ارتباطي بر مبناي نوترينوها نيز قرار گرفته، اين مسئله است که احتمالاً با نوترينوها مي توان پيام ها و اطلاعات را بدون نياز به سيم، ماهواره يا وسايلي از اين قبيل، به هر نقطه از جهان منتقل کرد؛ البته واضح است که اين امر بسيار رويايي و دور از دسترس به نظر مي رسد. اما کاربرد ديگري که به خاطر نوترينوها به وجود آمده، مربوط مي شود به آشکارساز زير دريايي "آنتراس" که قابليت استفاده به عنوان تلسکوپ رصد حيات دريايي را هم داراست. اين بدان سبب است که آنتراس قادر است نوري را که توسط سازواره ها، موجودات و باکتري هاي درخشان ساطع مي شود، به خوبي نوترينوها آشکار کند.
منبع: نيوساينتيست، 1 اکتبر 2011
منبع: دانشمند شماره 578.