نویسنده: جروم لوینه
مترجم: مینا حسینی
مترجم: مینا حسینی
دوسوم از ذرات شبح مانند «نوترینوهای خورشیدی» گم شده اند! آنها کجا هستند؟
با اینکه شما چیزی نمی بینید، اما اشباحی در خانه شما هستند. آنها در آشپزخانه شما. اتاق پذیرایی و حتی در اتاق خوابتان گردش می کنند. آنها همه جا هستند. در همسایگی شما. مدرسه، در شهر شما و ... آنها حتی در میان فضا، سیارات و ستاره ها پرواز و با سرعت نور سفر می کنند. آنها در یک ثانیه می توانند هفت بار به دور زمین بچرخند! چه یا که هستند این اشباح؟ از کجا آمده اند؟ و به کجا می روند؟
این اشباح شکل نادیدنی انژری هستند که نوترینوها نامیده می شوند. آنها در واکنش های هسته ای، مثل واکنش هایی که درون ستاره ها اتفاق می افتد. تشکیل می شوند. نوترینوها با سرعت نور حرکت می کنند و چیزهای بسیار کمی می توانند آنها را متوقف کنند. حتی اگر میلیون ها زمین را در یک ردیف به خط کنیم، یک نوترینو می تواند بدون هیچ مشکلی از همه آنها عبور کند. آنها از خود نور ایجاد نمی کنند و آن را بازتاب نیز نمی دهند. خوشبختانه، تمامی این خصوصیات، آنها را کاملاً بی ضرر ساخته است؛ چون در هر ثانیه و هر روز، میلیون ها نوترینو از بدن شما عبور می کند!
اگر ما نمی توانیم این نوترینوها را ببینیم و گیر انداختن آنها بسیار سخت است. پس چطور دانشمندان می دانند که آنها همه جا در اطراف ما هستند؟
یک سوال خوب... دانشمندانی که از خردکننده های اتم یا برخورد دهنده های ذرات برای برخورد دادن اتم ها یا اجزایشان به یکدیگر استفاده می کنند. اثرات آنها را به طرق بسیاری مشاهده کردند. هنگامی که یک جزء از اتم، مثلاً یک پروتون به پروتون دیگری ( یا برعکس، به یک آنتی پروتون) به شدت برخورد می کند، آنها یکدیگر را طی انفجاری نابود می کنند. پس از برخورد، ذرات جدید بسیاری، مثل نوترینوها در این انفجار ایجاد می شوند.
دانشمندان از ابزار، ذرات مخصوصی برای مشاهده ذرات گوناگون استفاده می کنند. این ابزار، ذرات را مستقیماً مشاهده و یا آشکارسازی نمی کنند به جای آن، دانشمندان از ابزاری استفاده می کنند که مسیرهای این ذرات را هنگامی که بعد از انفجار به پرواز در می آیند، ردیابی می کنند. دانشمندان می دانند، این انفجارها بدین شکل متوازن می شوند: «هنگامی که یک ذره از سمت چپ به بیرون پرتاب می شود ذره دیگری باید در سمت راست به پرواز در آید.» بنابراین، هنگامی که آنها ذره ای می بینند که به سمت راست به بیرون پرتاب شده اما ذره دیگری که به سمت چپ پرتاب شده باشد را نمی بینند؛ می توانند ذره دیده نشده ای، در سمت چپ را نیز طرح ریزی کنند، تا تعادل انفجار حفظ شود. نوترینوها برخی از این نادیدنی ها هستند.
دانشمندان می دانند که در بر هم کنش های هسته ای مرکز خورشید، مقداری نوترینو از مرتبه مگا ( 10 به توان 6) تولید می شود. فقط برای بدست آوردن تعداد نوترینوهایی که از خورشید می رسند، دانشمندان «تلسکوپ های نوترینو» ی زیرزمینی و زیر دریایی طراحی کرده و ساخته اند.
دانشمندان برای سال های بسیاری است که با استفاده از «تلسکوپ های نوترینو» نوترینوها را شمرده و بررسی کرده اند و به مسیری کوتاه که انتظارش را نیز داشته اند، رسیده اند: « به نظر می آید که مقدار بدست آمده؛ یک سوم تعدادی باشد که انتظار می رفت.:»
آیا محاسبات اشتباه بود؟ این موضوع را زیاد خوشایند نبود، زیرا بسیاری از دانشمندان آن را محاسبه کرده بودند و به مورد اشتباهی نرسیده بودند.
چه اتفاقی افتاده بود ؟ دانشمندان هنگام کار روی این راز، سرنخی کشف کرده بودند به نظر می رسید که نوترینوها می توانند به طرق غیر عادی رفتار کنند. حال سه دسته مختلف از نوترینوها وجود داشت. شاید دانشمندان فکر می کردند، یک توترینو در طی مسیرش، دائماً از نوعی به نوع دیگر تغییر می یابد. این ایده می تواند دلیلی باشد برای اینکه چرا دانشمندان نوترینوهای کمتری نسبت به آنچه انتظار داشتند پیدا کردند.
خورشید تنها یک نوع نوترینو می سازد. اما هنگامی که نوترینوها به زمین می رسند. سریعاً تغییر می کنند! که یک نوع از نوترینو ترکیبی از هر سه نوع آن می شود. تا هنگامی که تلسکوپ های ما، فقط یک نوع نوترینو را آشکار سازی می کند، ما یک سوم از کل نوترینوها را می توانیم شمارش کنیم. آیا درست است که نوترینوها تنها می توانند نوعشان را بدین شکل تغییر دهند؟ اثبات این نظریه عجیب و راز نوترینوهای گمشده تا سال ها سر به مهر ماند!
امروزه، ما می دانیم راز نوترینوهای خورشیدی گمشده این است که در واقع، آنها گم نشده اند! آن نوترینوهایی که قبلاً شمارش نمی شدند، از نوترینوی الکترون به نوترینوهای میون و نوترینوهای تاو تغییر پیدا می کردند که آشکار سازیشان سخت تر بود. این کمبود حساسیت آزمایش ها به نوترینوهای مورد انتظار خورشیدی گم شده اند.» اما آزمایش هایی که در ژاپن توسط با آب سنگین انجام شد، حساسیت هایی به نوترینوهای میمون و تاو نیز داشت. پس از آن، این آزمایش های آبی، کسرهای بزرگتری از نوترینوهای خورشیدی پیش بینی شده را آشکار سازی کردند.
منابع:
Jerome A Luine, Science mysteries
«John N . Bahcall», Solving the Mystery of the Missing Neutrinos
منبع: نشریه لذت فیزیک، شماره 24.
با اینکه شما چیزی نمی بینید، اما اشباحی در خانه شما هستند. آنها در آشپزخانه شما. اتاق پذیرایی و حتی در اتاق خوابتان گردش می کنند. آنها همه جا هستند. در همسایگی شما. مدرسه، در شهر شما و ... آنها حتی در میان فضا، سیارات و ستاره ها پرواز و با سرعت نور سفر می کنند. آنها در یک ثانیه می توانند هفت بار به دور زمین بچرخند! چه یا که هستند این اشباح؟ از کجا آمده اند؟ و به کجا می روند؟
این اشباح شکل نادیدنی انژری هستند که نوترینوها نامیده می شوند. آنها در واکنش های هسته ای، مثل واکنش هایی که درون ستاره ها اتفاق می افتد. تشکیل می شوند. نوترینوها با سرعت نور حرکت می کنند و چیزهای بسیار کمی می توانند آنها را متوقف کنند. حتی اگر میلیون ها زمین را در یک ردیف به خط کنیم، یک نوترینو می تواند بدون هیچ مشکلی از همه آنها عبور کند. آنها از خود نور ایجاد نمی کنند و آن را بازتاب نیز نمی دهند. خوشبختانه، تمامی این خصوصیات، آنها را کاملاً بی ضرر ساخته است؛ چون در هر ثانیه و هر روز، میلیون ها نوترینو از بدن شما عبور می کند!
اگر ما نمی توانیم این نوترینوها را ببینیم و گیر انداختن آنها بسیار سخت است. پس چطور دانشمندان می دانند که آنها همه جا در اطراف ما هستند؟
یک سوال خوب... دانشمندانی که از خردکننده های اتم یا برخورد دهنده های ذرات برای برخورد دادن اتم ها یا اجزایشان به یکدیگر استفاده می کنند. اثرات آنها را به طرق بسیاری مشاهده کردند. هنگامی که یک جزء از اتم، مثلاً یک پروتون به پروتون دیگری ( یا برعکس، به یک آنتی پروتون) به شدت برخورد می کند، آنها یکدیگر را طی انفجاری نابود می کنند. پس از برخورد، ذرات جدید بسیاری، مثل نوترینوها در این انفجار ایجاد می شوند.
دانشمندان از ابزار، ذرات مخصوصی برای مشاهده ذرات گوناگون استفاده می کنند. این ابزار، ذرات را مستقیماً مشاهده و یا آشکارسازی نمی کنند به جای آن، دانشمندان از ابزاری استفاده می کنند که مسیرهای این ذرات را هنگامی که بعد از انفجار به پرواز در می آیند، ردیابی می کنند. دانشمندان می دانند، این انفجارها بدین شکل متوازن می شوند: «هنگامی که یک ذره از سمت چپ به بیرون پرتاب می شود ذره دیگری باید در سمت راست به پرواز در آید.» بنابراین، هنگامی که آنها ذره ای می بینند که به سمت راست به بیرون پرتاب شده اما ذره دیگری که به سمت چپ پرتاب شده باشد را نمی بینند؛ می توانند ذره دیده نشده ای، در سمت چپ را نیز طرح ریزی کنند، تا تعادل انفجار حفظ شود. نوترینوها برخی از این نادیدنی ها هستند.
دانشمندان می دانند که در بر هم کنش های هسته ای مرکز خورشید، مقداری نوترینو از مرتبه مگا ( 10 به توان 6) تولید می شود. فقط برای بدست آوردن تعداد نوترینوهایی که از خورشید می رسند، دانشمندان «تلسکوپ های نوترینو» ی زیرزمینی و زیر دریایی طراحی کرده و ساخته اند.
سه گونه از نوترینوها
در مورد نوترینوهای شبح مانند، دانشمندان تعداد نوترینوهایی که خورشید ایجاد می کند را با دقت محاسبه کرده اند.دانشمندان برای سال های بسیاری است که با استفاده از «تلسکوپ های نوترینو» نوترینوها را شمرده و بررسی کرده اند و به مسیری کوتاه که انتظارش را نیز داشته اند، رسیده اند: « به نظر می آید که مقدار بدست آمده؛ یک سوم تعدادی باشد که انتظار می رفت.:»
آیا محاسبات اشتباه بود؟ این موضوع را زیاد خوشایند نبود، زیرا بسیاری از دانشمندان آن را محاسبه کرده بودند و به مورد اشتباهی نرسیده بودند.
چه اتفاقی افتاده بود ؟ دانشمندان هنگام کار روی این راز، سرنخی کشف کرده بودند به نظر می رسید که نوترینوها می توانند به طرق غیر عادی رفتار کنند. حال سه دسته مختلف از نوترینوها وجود داشت. شاید دانشمندان فکر می کردند، یک توترینو در طی مسیرش، دائماً از نوعی به نوع دیگر تغییر می یابد. این ایده می تواند دلیلی باشد برای اینکه چرا دانشمندان نوترینوهای کمتری نسبت به آنچه انتظار داشتند پیدا کردند.
خورشید تنها یک نوع نوترینو می سازد. اما هنگامی که نوترینوها به زمین می رسند. سریعاً تغییر می کنند! که یک نوع از نوترینو ترکیبی از هر سه نوع آن می شود. تا هنگامی که تلسکوپ های ما، فقط یک نوع نوترینو را آشکار سازی می کند، ما یک سوم از کل نوترینوها را می توانیم شمارش کنیم. آیا درست است که نوترینوها تنها می توانند نوعشان را بدین شکل تغییر دهند؟ اثبات این نظریه عجیب و راز نوترینوهای گمشده تا سال ها سر به مهر ماند!
امروزه، ما می دانیم راز نوترینوهای خورشیدی گمشده این است که در واقع، آنها گم نشده اند! آن نوترینوهایی که قبلاً شمارش نمی شدند، از نوترینوی الکترون به نوترینوهای میون و نوترینوهای تاو تغییر پیدا می کردند که آشکار سازیشان سخت تر بود. این کمبود حساسیت آزمایش ها به نوترینوهای مورد انتظار خورشیدی گم شده اند.» اما آزمایش هایی که در ژاپن توسط با آب سنگین انجام شد، حساسیت هایی به نوترینوهای میمون و تاو نیز داشت. پس از آن، این آزمایش های آبی، کسرهای بزرگتری از نوترینوهای خورشیدی پیش بینی شده را آشکار سازی کردند.
منابع:
Jerome A Luine, Science mysteries
«John N . Bahcall», Solving the Mystery of the Missing Neutrinos
منبع: نشریه لذت فیزیک، شماره 24.
