ناتوانی نوابغ فیزیک در کشف ماهیت ذرات ارواح قطب جنوب!

MacTavish · 2/2/20

ذرات ارواح که در علم فیزیک با نام نوترینو (neutrino) هم شناخته می‌شوند، یکی از انواع ذرات بنیادی هستند و تحقیقات جدید دانشمندان در قطب جنوب منجر به کشف شکلی عجیب و شگفت‌انگیز از این ذرات شده است.

نوترینوها (neutrino) که در اصطلاح عامیانه با نام ذرات ارواح هم شناخته می‌شوند، یکی از شگفت‌انگیزترین پدیده‌های کشف شده در فیزیک ذرات بنیادی هستند که اطلاعات زیادی در مورد آن‌ها در دسترس نیست. در همین رابـ*ـطه دانشمندان ساکن قطب جنوب به تازگی خبر از کشف گروهی از ذرات ارواح با انرژی فوق‌العاده زیاد داده‌اند که ماهیت و محل شکل‌گیری آن‌ها هنوز مشخص نیست. در ادامه به بررسی بیشتر ذرات بنیادی عجیب کشف شده و ماهیت ذرات ارواح می‌پردازیم. با ما همراه باشید.

ذرات ارواح پرانرژی در قطب جنوب
قضیه از جایی شروع شد که گروهی از دانشمندان سراسر جهان ساکن در قطب جنوب، نشانه‌هایی از ذرات نوترینوی پرانرژی کشف کردند که از محلی غیرمنتظره می‌آمدند. در جریان پروژه‌ای به نام “IceCube” که داده‌های جمع‌آوری ‌شده توسط محققان قطب جنوب را در طول 7 سال گذشته مورد بررسی قرار می‌داد، اقدامات معمول و استاندارد برای کشف منشا این ذرات به جایی نرسید و محققان اعلام کردند که ذرات ارواح کشف شده در جریان آزمایش‌ها ممکن است مدل‌های استاندارد دانش ذرات بنیادی را زیر سوال ببرند.

نوترینوها همانند الکترون‌ها هستند، با این تفاوت که جرم آن‌ها فوق‌العاده کم بوده و بار الکتریکی آن‌ها هم صفر است. به این ترتیب این ذرات با سایر ذرات موجود در جهان ارتباط خاصی ندارند و به ندرت پیش می‌آید که نوترینوها با اتم‌ها و مولکول‌های دیگر برخورد کنند. به صورت معمول جریان‌های عظیمی از نوترینو در هر ثانیه از طرف خورشید به زمین می‌رسند و بسیار کم پیش می‌آید که ذرات مورد نظر با اتم‌های کره زمین برخورد کنند.

برای ردیابی همین برخوردهای نادر دانشمندان قطب جنوب تجهیزات فوق حساسی را در یخ‌های این بخش از سیاره کار گذاشته‌اند و در طول هفت سال گذشته، هر روز صدها برخورد توسط این تجهیزات به ثبت رسیده و اطلاعات ارزشمندی از انرژی و جهت حرکت هر ذره به دست آمده است.

در همین رابـ*ـطه، در ارتفاع 40 کیلومتری سطح قطب جنوب بالونی از هلیوم متعلق به آژانس فضایی ناسا، یکی از تجهیزات فوق پیشرفته این آژانس با نام آنیتا (ANITA) را در آسمان نگه داشته که کارش ردیابی برخورد ذرات نوترینو با اتم‌های اتمسفر سیاره است.

با اینکه آنیتا در حال حاضر مراحل ابتدایی جمع‌آوری داده‌ها را طی می‌کند، نکته‌ای که باعث جلب‌توجه نوابغ فیزیک در رابـ*ـطه با ذرات ارواح قطب جنوب شده این است که در دو مورد، سیگنال‌هایی توسط آنیتا ثبت شده که از وارد شدن ذرات نوترینو پرانرژی از سیاره ما به اتمسفر خبر می‌دهد. الکس پیزوتو (Alex Pizzuto)، اختر فیزیکدانی از دانشگاه ویسکانسین آمریکا در این رابـ*ـطه می‌گوید که حرکت مخالف جهت نویترینوها در اتمسفر، وقتی که ذرات کم انرژی باشند، آن‌قدرها هم عجیب نیست؛ اما وقتی ذراتی با انرژی‌های ثبت شده کشف می‌شوند، دیگر نمی‌توان از توضیحات معمول برای توجیه حرکات این ذرات استفاده کرد.

نوترینوها نام ذرات ارواح را به دلیل توانایی شگفت‌انگیز خود در عبور از مواد مختلف، بدون برخورد با اتم‌های آن ماده، کسب کرده‌اند و دلیل اصلی وجود این توانایی انرژی پایین ذرات است. با این حال اگر ذرات پرانرژی باشند، امکان برخورد آن‌ها با سایر ذرات فوق‌العاده زیاد می‌شود و به همین دلیل جای تعجب دارد که ذراتی با چنین انرژی‌های بالایی توانسته‌اند از کل جرم کره زمین عبور کرده و از سطح سیاره در قطب جنوب خارج شوند.

برای عملی شدن چنین پدیده‌ای دانشمندان می‌گویند که باید ابرهای عظیمی از ذرات ارواح پرانرژی به آن طرف زمین برخورد کرده باشند که پس از عبور آن‌ها از گوشته سیاره، تعدادی که ردیابی آن‌ها توسط آنیتا ممکن باشد، مجددا وارد اتمسفر شده باشند. گفته شده که ذراتی از این دست در اثر برخورد پرتوهای کیهانی و هسته اتم‌ها به وجود می‌آیند و میدان‌های گرانشی فوق قوی در کیهان هم آن‌ها را به این طرف و آن طرف ارسال می‌کند.

آناستازیا باربانو (Anastasia Barbano)، فیزیکدانی از دانشگاهی در سوئیس می‌گوید که ردیابی ذرات توسط آنیتا در حالتی رخ می‌دهد که حجم بسیار زیادی از ذرات مشابه قبل از ورود به اتمسفر توسط تجهیزات قرار گرفته در زیر یخ ردیابی شوند؛ اما نکته عجیب دیگر اینجاست که دو سیگنال ثبت شده از ذرات ارواح پرانرژی توسط سنسورهای IceCube به ثبت نرسیده‌اند.

بنابراین چه توضیحی برای چنین پدیده‌ای وجود دارد؟

البته لازم به ذکر است که احتمال بروز خطای اندازه‌گیری حتی در تجهیزاتی به دقت آنیتا هم وجود دارد، اما اگر سیگنال‌های ثبت شده اشتباه نباشند، پیزاتو معتقد است که مدل‌های استاندارد فیزیک ذرات بنیادی قادر به توجیه وجود ذرات ارواح پرانرژی کشف شده نیستند و به همین دلیل باید به سراغ مدل‌هایی غیرمعمول رفت.

پیزاتو می‌گوید که ممکن است شتاب‌دهنده‌های کیهانی ذرات مورد نظر را در مقیاس‌های زمانی که ردیابی آن‌ها برای تجهیزات کنونی فیزیک ممکن نیست، به سمت زمین ارسال کرده باشند و یا این احتمال وجود دارد که ماده تاریک (dark matter) دخالتی در پدیده ثبت شده داشته باشد. از طرف دیگر این احتمال هم مطرح شده که ذراتی کاملا جدید با رفتاری مشابه نوترینوهای پرانرژی وجود دارند که توسط حسگرهای آنیتا ردیابی شده‌اند.

تا همین لحظه سوالات بی‌پاسخ زیادی در رابـ*ـطه با این پدیده مطرح شده است و دانشمندانی مانند پیزاتو قصد دارند که به کمک تجهیزات پیشرفته‌ای مانند آنیتا و حسگرهای پروژه IceCube، جوابی برای این سوالات پیدا کنند و مرزهای علم فیزیک را از آنچه که هست، گسترده‌تر کنند.

مدتی پیش مقاله اکتشافات این دانشمندان برای بررسی‌های بیشتر به ژورنال “The Astrophysical Journal” ارسال شد.