دلیل اصلی این موضوع آن است که آشکارسازی آنها به شدت دشوار است. اگرچه در هر ثانیه حدود ۴۰۰ تریلیون نوترینو که در خورشید تولید میشوند از بدن هر انسان عبور میکنند، اما این ذرات تقریباً هیچگاه با مادهی معمولی برهمکنش نمیکنند. همین ویژگی باعث شده است که درک و شناخت رفتار آنها برای دانشمندان بسیار سخت باشد. به منظور حل بخشی از این معماها، آشکارساز نوترینوی جدیدی در چین بهتازگی کار خود را آغاز کرده و دادهبرداری را شروع کرده است. امید میرود که این سامانه بتواند طی ده سال آینده، روزانه بین چهل تا شصت نوترینو را شناسایی کند و از دل آنها اطلاعاتی تازه دربارهی ماهیت این ذرات اسرارآمیز به دست آید.
این آشکارساز که رصدخانهی زیرزمینی نوترینوی جیانگمن یا به اختصار JUNO نام دارد، در منطقهای میان دو نیروگاه بزرگ هستهای در یانگجیان و تایشان قرار گرفته است. هر دوی این نیروگاهها با فرآیند شکافت هستهای، علاوه بر انرژی، مقدار زیادی نوترینوی مصنوعی نیز تولید میکنند. بنابراین این منطقه نهتنها از نوترینوهای خورشیدی بلکه از سیلی از نوترینوهای مصنوعی نیز سرشار است. به این ترتیب، محیط اطراف آشکارساز از ذراتی پوشیده شده که تقریباً هیچگاه با ماده واکنش نشان نمیدهند.
اما نکتهی جالب آنجاست که، مانند اکثر آشکارسازهای نوترینو، JUNO در زیرزمین قرار دارد؛ آن هم نه در عمقی کم، بلکه در ۷۰۰ متری زیر سطح زمین. دلیل این انتخاب روشن است: تودهی عظیم پوستهی زمین همانند سپری عمل میکند که بیشتر ذرات مزاحم از جمله میونها را پیش از رسیدن به آشکارساز متوقف میسازد. در تأسیساتی مشابه، مانند آشکارساز IceCube در قطب جنوب، این روش به خوبی عمل کرده و توانسته است نویز ناشی از ذرات دیگر را به حداقل برساند.
با این وجود، محققان در JUNO تدابیر بیشتری نیز اندیشیدهاند. کل سامانه با لایهی حفاظتی دیگری پوشیده شده که به آن رهگیر بالا یا Top Tracker میگویند. این رهگیر سطحی معادل یک استخر دایرهای به قطر ۴۴ متر را با آبی فوقالعاده خالص میپوشاند. وظیفهی آن شناسایی ذرات سرگردانی است که با وجود لایهی سنگین زمین همچنان راه خود را به سمت آشکارساز باز میکنند. البته این سامانه نمیتواند مانع رسیدن آنها شود، اما میتواند دادههای اضافی و مصنوعیای را که ممکن است توسط این ذرات ناخواسته ایجاد شود از نتایج واقعی حذف کند.
این دادههای مصنوعی زمانی بهوجود میآیند که یک ذرهی مزاحم به مایع سوسوزن یا Liquid Scintillator درون آشکارساز برخورد کند. این مایع درون کرهای بزرگ قرار دارد که با ۴۳ هزار و ۲۱۲ فوتونآشکارساز بسیار حساس احاطه شده است. این حسگرها حتی قادرند تکفوتونها را نیز شناسایی کنند. زمانی که دادههای جمعآوریشده از تمام این فوتونآشکارسازها با یکدیگر ترکیب شود، پژوهشگران میتوانند برخی ویژگیهای فیزیکی نوترینوها را بازسازی کنند؛ از جمله اینکه آیا میان سه نوع مختلف آنها تفاوتهایی وجود دارد یا خیر.
این سه نوع عبارتاند از: نوترینوی الکترونی، نوترینوی میونی و نوترینوی تائو. هر یک از این گونهها ویژگیهای متفاوتی دارند، اما نکتهی مهمتر آن است که نوترینوها میتوانند از یک نوع به نوع دیگر تغییر یابند؛ پدیدهای که در فیزیک ذرات به آن نوسان نوترینویی گفته میشود. یکی از اهداف اصلی JUNO این است که جرم هر یک از این نوترینوها را بهتر بشناسد. البته به دست آوردن دقیق مقدار جرم هر نوع نوترینو شاید فراتر از توان این سامانه باشد، اما دانشمندان امیدوارند دستکم بتوانند ترتیب جرمها را مشخص کنند؛ یعنی دریابند کدام نوترینو سنگینتر و کدام سبکتر است. افزون بر آن، بررسی نرخ تغییر نوع یا همان بسامد نوسان نوترینوها نیز هدف دیگر این پژوهش است.
شناخت بهتر نوترینوها میتواند به روشنتر شدن تصویری از کیهان کمک کند. چرا که تصور میشود نوترینوها در انفجار بزرگ (بیگبنگ) نقش اساسی در انبساط آغازین جهان داشتهاند. همچنین در حوزهی اخترفیزیک نیز اهمیت بالایی دارند، زیرا اطلاعات مهمی دربارهی پدیدههای پرانرژی مانند ابرنواخترها در اختیار میگذارند. حتی در زمینشناسی نیز ردپای آنها دیده میشود؛ چرا که سنگهای پرتوزا در اعماق زمین بهطور پیوسته نوترینو ساطع میکنند. همهی اینها دلایلی هستند که دانشمندان را واداشتهاند تا سالها زمان و انرژی خود را برای پیبردن به ویژگیهای نوترینوها صرف کنند.
اکنون JUNO گام تازهای در این مسیر محسوب میشود. طراحی و اجرای این سامانه حاصل همکاری ۷۴ مؤسسه علمی و بیش از ۷۰۰ پژوهشگر از سراسر جهان است و هدایت آن بر عهدهی مؤسسه فیزیک انرژیهای بالا از آکادمی علوم چین میباشد. این آشکارساز دستکم به مدت ده سال فعالیت خواهد داشت و امید میرود که در این بازهی زمانی حجم عظیمی از دادهها جمعآوری شود تا بخشهای بیشتری از پردهی اسرار نوترینوها کنار برود.
اگر JUNO بتواند مأموریت خود را با موفقیت انجام دهد، آنگاه حوزههای مختلفی از علم منتفع خواهند شد. کیهانشناسی، اخترفیزیک و زمینشناسی هر سه تصویر کاملتر و شفافتری از فرآیندهای بنیادی خود به دست خواهند آورد. بنابراین، آشکارساز نوترینوی جیانگمن نهتنها برای دانشمندان چینی بلکه برای جامعهی علمی جهانی، نقطهی عطفی مهم در مسیر شناخت یکی از پیچیدهترین ذرات طبیعت به شمار میرود.
