آغاز عصر جدید نجوم با کشف نوترینوهای انرژی بالا

[kahrupay]

دانشمندان توانسته‌اند با استفاده از بزرگ‌ترین آشکارساز ذره جهان در رصدخانه نوترینوی آیس‌کیوب که در دل یخچال‌‎های قطب جنوب قرار دارد نخستین نوترینوهای فوق‌العاده پرانرژی با منشأ خارج از منظومه شمسی را کشف کنند. این به معنی آغاز شاخه‌ای جدید از فیزیک با موضوع نوترینوهای بسیار پرانرژی است.

به گزارش خبرآنلاین، رصدخانه نوترینوی آیس‌کیوب (IceCube) در دل یخچال‌‎های قطب جنوب توانسته است 28 ذره نوترینوی پرانرژی را با انرژی بیشتر از 50 تراالکترون‌‍ولت شناسایی کند. (هر ترا الکترون‌ولت معادل هزار میلیارد الکترون‌ولت است و هر الکترون‌ولت برابر 19-10×1.6 ژول). این 1000 برابر انرژی نوترینوهایی است که پیش از این توسط آشکارسازهای زمینی ثبت شده بود.

نوترینوها ذراتی بنیادی و از خانواده لپتون‌ها (الکترون‌ها هم از خانواده لپتون هستند) هستند که بار الکتریکی صفر و جرم بسیار اندکی دارند. این ذرات به ندرت با ماده واکنش می‌دهند و به همین دلیل به راحتی از میان ماده عبور می‎کنند. نوترینوهایی که در حین واکنش‌های گداخت هسته‌ای در دل خورشید تولید می‎شوند، طی 2 ثانیه از فضای داخلی خورشید عبور می‎کنند، درحالی‌که فوتون‌های تولیدشده در هسته خورشید (بسته‎های انرژی سازنده نور) برای طی این مسافت نزدیک به صدهزار سال در راه هستند. در هر ثانیه، میلیاردها ذره نوترینو به هر سانتی‌متر مربع زمین وارد ‎ و در کسری از ثانیه از سوی دیگر زمین خارج می‎شود.

به جز آزمایشگاه‎‌های فیزیک هسته‎ای (رآکتورهای هسته ‏ای و شتاب دهنده ‏های ذرات)، نوترینوهای تولیدشده در جو زمین (حاصل برخورد پرتوهای کیهانی) و هم‌چنین نوترینوهای خورشیدی، تنها نوترینوهای مشاهده‌شده مربوط به انفجار آخرین ابرنواختر ابر ماژلانی بزرگ در سال 1987 بود. اما شناسایی 28 نوترینوی فوق‌العاده پرانرژی بدان معنی است که دانشمندان بالاخره می‎توانند نوترینوهای خارج از منظومه شمسی را نیز بررسی کنند. از آنجاکه نوترینو تحت میدان مغناطیسی منحرف نمی‏شود و به ندرت با ماده واکنش می‏دهد، در خط مستقیم از منبع انتشار خود حرکت می‎کند و این بدان معنی است که دانشمندان می‎توانند با آشکارسازی این ذرات، هم موقعیت منبع انتشار آنها را مشخص کنند و هم به اطلاعات بیشتری در مورد مکانیسم‏های شتاب‎گیری این ذرات حتی در کهکشان‌های دوردست پی ببرند.

اخترشناسان حدس می‏زنند شتابدهنده‌های بزرگ کیهانی مانند ابرسیاه‌چاله‌ها، ستارگان نوترونی، فورانگرهای گاما و انفجارهای ابرنواختری می‎توانند این ذرات را به چنین انرژی‏های بالایی برسانند. از آنجایی که ذرات نوترینو اندک زمانی زودتر از پرتوهای نور منتشرشده از همان منبع به ما می‎رسند، چنین آشکارسازهای عظیمی این امکان را در اختیار دانشمندان قرار می‏دهد تا بتوانند با شناسایی به موقع رویدادهای پرانرژی از این دست، تلسکوپ‎های خود را به موقع به سوی هدف مورد نظر نشانه روند و اطلاعات بیشتری از این وقایع پرانرژی را در طول‏ موج‏های مختلف الکترومغناطیسی ثبت کنند.

رصدخانه نوترینوی آیس‌کیوب، رصدخانه‌ای در دل یخچال‌های قطب جنوب واقع در ایستگاه آموندسن-اسکات است که با استفاده از حفاظ طبیعی یخچال‌ها به جستجوی ذرات نوترینو می‌گردد. صخامت 1400 متری لایه‌های یخ مانع از این می‏شود که هیچ ذره دیگری جز نوترینو از میان آن بگذرد. هزاران حسگر کروی در فضایی به حجم 1 کیلومتر مکعب (یک میلیارد متر مکعب) توزیع شده است. از میان میلیاردها میلیارد ذره نوترینوی عبوری از این حجم عظیم، تعداد انگشت‌شماری از آنها با ذرات ماده واکنش داده و درنهایت منجر به تایش ضعیف نور چرنکوف می‌شوند که حسگرها آنها را ثبت می‎کنند. با ترکیب اطلاعات حاصل از حسگرها می‌توان انرژی و مسیر حرکت این ذرات نوترینو را مشخص کرد.

این رصدخانه زیرنظر پژوهشگران دانشگاه ویسکانسین-مدیسون اداره می‎شود.bigbangpage.com