آزمایش نو در قلب راکتور؛ نوترینوهای شبح‌مانند در یک‌قدمی کشف بزرگ

پژوهشگران آمریکایی با بهره‌گیری از فناوری پیشرفته در راکتور‌های هسته‌ای، گام مهمی در مسیر شناسایی ذره بنیادین و گریزان نوترینو برداشته‌اند.

یافته‌های این پژوهش که در نشریه Physical Review Letters منتشر شده، به کمک شناسایی نوترینو‌های بی‌جرم و بدون بار، می‌تواند راهگشای درک عمیق‌تری از ساختار درونی زمین، منشأ برخی پدیده‌های کیهانی و همچنین رمزگشایی از ماده تاریک باشد.

نوترینوها؛ ذراتی شبح‌مانند با بار صفر

به گزارش اینترستینگ اینجیرینگ، نوترینو‌ها ذرات زیراتمی‌ای هستند که تقریباً هیچ جرمی ندارند و فاقد بار الکتریکی‌اند. ویژگی اصلی آنها برهم‌کنش بسیار ضعیف با ماده است، به‌گونه‌ای که قادرند از حجم زیادی از ماده عبور کنند بدون آنکه آشکار شوند؛ به همین دلیل، به آنها «ذرات شبح‌مانند» نیز گفته می‌شود.

این ذرات در فرآیند‌هایی مانند انفجار‌های ابرنواختری، واپاشی پرتوزا یا برخورد پرتو‌های کیهانی با جو زمین به‌وجود می‌آیند، اما پژوهشگران اخیراً به منبع قابل‌اطمینانی برای تولید آنها دست یافته‌اند: راکتور‌های هسته‌ای.

آشکارسازی با آشکارساز PROSPECT-I

در این مطالعه، داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط آشکارساز PROSPECT-I در راکتور ایزوتوپ شار بالا (HFIR) در آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) تحلیل شد. در هسته این راکتور، واکنش‌های شکافت هسته‌ای منجر به آزادسازی الکترون‌ها و پادنوترینو‌ها می‌شود. پادنوترینو نسخه پادماده‌ای از نوترینو است که تنها در ویژگی‌های کوانتومی مخالف‌اند.

نوترینو‌ها می‌توانند هنگام حرکت در فضا، به یکدیگر تبدیل شوند؛ از جمله نوترینو‌های الکترونی، میونی و تاو. اما نوع فرضی دیگری به نام «نوترینوی استریل» وجود دارد که تنها با گرانش برهم‌کنش دارد و با ماده معمولی یا آشکارساز‌ها تعامل ندارد.

شناسایی ردپای نوترینو‌های استریل

دانشمندان فرض می‌کنند در صورت وجود نوترینو‌های استریل، برخی از نوترینو‌های تولیدشده در واکنش هسته‌ای به این ذرات تبدیل می‌شوند و بدین ترتیب، تعداد نوترینو‌های قابل آشکارسازی کاهش می‌یابد. نزدیکی آشکارساز PROSPECT به هسته راکتور، احتمال آشکارسازی این تبدیل را افزایش می‌دهد.

در این آزمایش، پژوهشگران به‌دنبال نوترینو‌های استریل با جرم بالاتر بودند، که در مقایسه با سایر آشکارساز‌ها که در فواصل دورتری قرار دارند، نتایج دقیق‌تری به دست دهند.

راسل نیلسون، استاد دانشگاه درکسل و از اعضای این پروژه، گفت: «با وجود کوچک بودن آشکارساز و تعداد محدود اعضای تیم، آزمایش PROSPECT دستاورد‌های چشمگیری داشته است؛ از جمله انتشار مقالات علمی درباره نوترینوی استریل، بررسی گسیل پادنوترینو از راکتور‌ها و حتی پژوهش‌هایی در جست‌وجوی ماده تاریک.»

مشارکت آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور

آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) نیز در این پروژه مشارکت داشته و با توسعه روش‌های نوین تحلیل داده، در رفع چالش‌های فنی اولیه یاری‌رسان بوده است. ناتانیل بودن، فیزیکدان این آزمایشگاه، اظهار داشت: «ما در توسعه تکنیکی برای استخراج اطلاعات بیشتر از داده‌ها نقش داشتیم و موفق شدیم نرخ حذف نویز پس‌زمینه را به‌طور قابل توجهی بهبود بخشیم.»

اکنون پژوهشگران قصد دارند جست‌و‌جو برای نوترینو‌های استریل را در گستره‌های جرمی دیگر نیز ادامه دهند. این مسیر می‌تواند نه‌تنها به درک بیشتر از ماهیت واکنش‌های هسته‌ای بینجامد، بلکه گامی مهم در کشف راز‌های ماده تاریک در کیهان نیز باشد.

انتهای پیام/