دانشمندان در تلاش برای کشف جرم گریزان نوترینوها – ذرات ریز و «شبحگونهای» که میتوانند برخی از بزرگترین رازهای کیهان را حل کنند – روز پنجشنبه محدودیت جدیدی برای حداکثر جرم آنها اعلام کردند که مقدار برآورد قبلی را به نصف کاهش میدهد.
این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا نوترینو که فراوانترین ذره در جهان است، بهگفته تیری لاسر، فیزیکدان در کمیسیون انرژیهای جایگزین و انرژی اتمی فرانسه، «ریسمانی است که میان کوچکترین و بزرگترین مقیاسهای هستی پیوند برقرار میکند.»
او افزود که جرم این ذره «بر ساختارهایی که جهان را شکل میدهند تأثیر میگذارد.»
این ذرات نامرئی از زمان مهبانگ، یعنی ۱۳.۸ میلیارد سال پیش، در سراسر جهان جاری هستند.
تعداد نوترینوها در کیهان آنقدر زیاد است که تصور آن دشوار است – بهطور میانگین، برای هر اتم در جهان، حدود یک میلیارد نوترینو وجود دارد.
اما به دلیل جرم بسیار کم و نداشتن بار الکتریکی، نوترینوها بهندرت با ماده برهمکنش دارند.
برای مثال، تصور میشود که در هر ثانیه، تریلیونها ذره از این «ذرات شبحگونه» از بدن انسان عبور میکنند، بیآنکه ما متوجه شویم.
همین ویژگی باعث شده مطالعه آنها بسیار دشوار – اما نه غیرممکن – باشد.
سفر به دنیای ناشناخته: شکار شبحها
از سال 1398، بیش از صد دانشمند از شش کشور بهعنوان بخشی از همکاری علمی KATRIN در مؤسسه فناوری کارلسروهه آلمان در تعقیب نوترینو بودهاند.
در مطالعهای که روز پنجشنبه در نشریه Science منتشر شد، این گروه اعلام کرد که جرم نوترینو نمیتواند بیش از ۰.۴۵ الکترونولت باشد.
این مقدار کمتر از یک میلیاردیم جرم پروتون است – همان ذرهای که در هسته هر اتم وجود دارد.
این حد بالای جدید برای جرم نوترینو تقریباً نصف مقداری است که KATRIN در سال 1401 و پس از نخستین اندازهگیریهایش اعلام کرده بود.
KATRIN از یک طیفسنج غولپیکر برای ثبت فروپاشی تریتیوم – نوعی رادیواکتیو از هیدروژن که الکترون و نوترینو آزاد میکند – استفاده میکند.
این ذرات در ساختاری به طول ۷۰ متر که طیفسنج ۲۰۰ تنی بر آن مسلط است، حرکت میکنند. این طیفسنج در خلأ کار میکند.
الکترون و نوترینو، انرژی ناشی از فروپاشی تریتیوم را با یکدیگر تقسیم میکنند، بنابراین روش کار این است که انرژی الکترون اندازهگیری شود تا بتوان اطلاعاتی درباره نوترینو بهدست آورد.
برای این کار، باید تعداد زیادی الکترون اندازهگیری شود.
برای دستیابی به نتایج اولیه KATRIN در سال 1401، شش میلیون الکترون اندازهگیری شد.
و برای رسیدن به عدد دقیقتری که روز پنجشنبه اعلام شد، ۳۶ میلیون الکترون اندازهگیری شد.
لاسر گفت: «وقتی تا پایان سال تمام دادههای ما جمعآوری شود»، تیم در مجموع حدود ۲۵۰ میلیون الکترون اندازهگیری خواهد کرد.
آن زمان، لحظه تعیینکننده فرا میرسد.
یا این آزمایش سرانجام «ردی» از جرم نوترینو آشکار خواهد کرد – یا مشخص خواهد شد که جرم آن کمتر از ۰.۳ الکترونولت است.
رازهای انرژی تاریک: کشف ناشناختههای جهان
دانشمندان امیدوارند که تعیین دقیق جرم نوترینو بتواند به رمزگشایی برخی از رازهای سرسخت کیهان کمک کند.
با وجود سبکوزنی شگفتانگیزشان، نوترینوها در برخی مدلها برای توضیح انرژی تاریک – نیروی ناشناختهای که به نظر میرسد عامل انبساط شتابدار جهان است – گنجانده شدهاند.
حدود ۹۵ درصد از کیهان بهنظر میرسد از انرژی تاریک و ماده تاریک ناشناخته تشکیل شده باشد، و تنها ۵ درصد باقیمانده برای بقیه چیزها – از جمله همه مواد قابل مشاهده – باقی میماند.
گروه KATRIN قصد دارد سامانه آشکارسازی جدیدی به نام TRISTAN راهاندازی کند تا بهدنبال گونه جدیدی از نوترینوها به نام نوترینوهای سترون (استریل) بگردد.
این ذرات فرضی با ماده برهمکنش ندارند، اما جرم بسیار بیشتری نسبت به نوترینوهای معمولی دارند.
برخی دانشمندان پیشنهاد کردهاند که این نوترینوهای بهطور غیرعادی سنگین ممکن است در واقع همان چیزی باشند که ما آن را بهعنوان ماده تاریک میشناسیم.