فراگام فیزیکدانان در یک فرآیند تجزیه ذره نادر برای کشف اسرار نوترینو

[مسافر007]

در یکی از بزرگترین نتایج به دست آمده در نوع خود در بیش از یک دهه اخیر، فیزیکدانان موفق به اجرای حساسترین سنجش‌های ممکن طی یک دهه تلاش خود برای شکار یک فرآیند فرضی و نادر مرتبط با تجزیه رادیواکتیو هسته اتمی شده‌اند. به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، به گفته محققان این فرآیند در صورت شناسایی می‌تواند پیامدهای عمیقی در درک دانشمندان از قوانین پایه فیزیک داشته و به حل برخی از بزرگترین اسرار جهان از جمله چرایی میزان بیشتر ماده نسبت به ضد ماده و در نهایت وجود ماده عادی مانند سیارات، ستارگان و انسان کمک کند.
این تجربه که «رصدخانه غنی سازی شده زنون» 200(EXO-200) نام دارد، یک همکاری بین‌المللی میان موسسه فناوری کالیفرنیا، دانشگاه استنفورد و آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده اسلاک است.
این تجربه سختگیرانه‌ترین محدودیتها را بر طبیعت یک تجزیه دو بتایی بدون نوترینو اعمال کرده است. فیزیکدانان برای این کار طیف محدودی از جرم‌های ممکن برای ذره بدون بار کوچک نوترینو را مورد استفاده قرار دادند که به ندرت با چیزی تعامل داشته و از میان هر چیز از سنگ گرفته تا انسان و کل سیارات با سرعت مشابه نور گذر می‌کند.
این تیم بین‌المللی متشکل از 80 محقق، پژوهش خود را در مجله Phycical Review Letters منتشر کرده‌اند.
در یک تجزیه دو بتایی عادی که برای اولین با در سال 1986 مشاهده شد، دو نوترون در یک هسته اتمی ناپایدار به دو پروتون تبدیل شده و در این فرآیند دو الکترون و دو ضد نوترینو منتشر می‌شوند؛ اما فیزیکدانان اظهار کرده‌اند که دو نوترون نیز با انتشار دو الکترون بدون تولید هیچ گونه ضد نوترینویی قابل تجزیه به دو پروتون هستند.
یک نوترینو به طور انکارناپذیری در یک تجزیه تک بتایی تولید می‌شود؛ از این رو دو نوترینو که در یک تجزیه دو بتایی بدون نوترینو تولید شده‌اند باید یکدیگر را خنثی کنند. به گفته فیزیکدانان، برای این رویداد یک نوترینو باید ضد ذره خود بوده و به یکی از دو نوترینو اجازه عمل به عنوان ضدنوترینو را بدهد که نوترینوی دیگر را حذف می‌کند.
اینکه یک نوترینو بتواند به عنوان ضدذره برای خود عمل کند، در مدل استاندارد تعریف نشده و در صورت وجود چنین فرآیندی، فیزیکدانان باید در این مدل تجدیدنظر کنند.
این فرآیند همچنین از کاربردهایی برای کیهان‌شناسی و شناسایی منشا ماده برخوردار است. درست پس از رویداد انفجار بزرگ، جهان از میزان ماده و ضد ماده برابر برخوردار بوده است. با این حال به شکلی این تعادل از بین رفته و منجر به تولید مازاد اندکی در ماده شده که در نهایت باعث وجود کل ماده در جهان شده است.
این واقعیت که نوترینو می‌تواند ضدذره خود باشد، ممکن است از یک نقش کلیدی در برهم خوردن این تعادل برخوردار باشد.
در تجربه EXO-200 فیزیکدانان به بررسی یک استوانه مسی پر از زنون مایع 136 پرداختند که یک ایزوتوپ ناپایدار بوده و به لحاظ نظری می‌تواند تحت تجزیه دو بتایی بدون نوترینو قرار بگیرد.
آشکارسازهای بسیار حساس در دیواره دو طرف استوانه قرار داشته و برای محافظت از آن از تابش‌های کیهانی دیگر تابشهای زمینه که قادر به آلوده‌سازی نشانه چنین تجزیه ای هستند، این دستگاه در زیر زمین در نیومکزیکو دفن شده است.
این فرآیند بسیار نادر است. در یک تجزیه دو بتایی عادی، نیمی از یک نمونه پس از 10 به توان 21 سال تجزیه خواهد شد که یک نیمه عمر حدود 100 میلیارد بار طولانیتر از زمان مهبانگ تاکنون خواهد بود.
یکی از اهداف این آزمایش، اندازه‌گیری نیمه عمر فرآیند بدون نوترینو در صورت کشف آن است. در نتایج اولیه، هیچ نشانه‌ای از تجزیه دو بتایی بدون نوترینو طی هفت ماه داده‌برداری شناسایی نشده و این عدم شناسایی منجر به رد برخی از ارزشهای ممکن برای نیمه عمر فرآیند بدون نوترینو توسط محققان شد.
با پائین آمدن ارزش نیمه عمر، فیزیکدانان قادر به محاسبه جرم نوترینو هستند که یکی از اسرار دیرینه جهان محسوب می‌شود.
طبق اطلاعات جدید جرم یک نوترینو بین 0.140 تا 0.380 الکترون ولت بوده و یک الکترون بر خلاف آن حدود 500 هزار الکترون ولت است.
بیش از 10 سال پیش، تیم تجربه تجزیه دو بتایی هایدلبرگ/ مسکو طی یک بیانیه جنجالی مدعی کشف تجزیه دو بتایی بدون نوترینو با استفاده از ایزوتوپ ژرمانیوم 76 شدند. اما اکنون محققان تجربه EXO-200 اعلام کرده‌اند که بر اساس اطلاعات جدید آنها، این نتایج تا حد زیادی ناممکن است.

ایسنا