برخورد قدرتمند‌ترین ذره جهان با زمین

فیزیکدانان یافته‌های جدیدی را درباره بمباران همه‌جانبه نوترینویی زمین ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد زمین از اطراف و از درون مورد هجوم نوترینوهای کیهانی و زمینی قرار گرفته‌است.

براساس گزارش BBC، آزمايشگاهي كه در منطقه‌اي وسيع از قطب جنوب بنا شده،‌ميزان نوترينوهاي كيهاني كه از فضا به سوي زمين روانه مي‌شوند را دوبرابر اعلام كرده‌است.  محققان در اين آزمايشگاه هفته پيش بالاترين سطح انرژي نوترينويي كه تاكنون در زمين رديابي شده را به ثبت رساندند.

نوترينوها ذرات تحت اتمي بدون بار الكتريكي هستند كه تقريبا هيچ جرمي ندارند و به ندرت با ماده تعامل دارند. اين به آن معني است كه نوترينوها مي‌توانند در مسيري مستقيم جهان را درنوردند و بدون بازتابيده شدن و يا رديابي شدن، از ميان سياره زمين عبور كنند.

از سويي ديگر، رديابي در ايتاليا اولين مدارك مستدل مبني بر ايجاد نوترينوها در زير پوسته زمين را ارائه كرد. اين ژئونوترينوها نسبت به نوترينوهاي فضايي از انرژي كمتري برخوردارند اما مي‌توانند نشانه‌اي از وجود فعاليت‌هاي راديو‌اكتيوي باشند كه درحال ايجاد حرارت در اعماق زمين هستند. در مقابل نوترينوهاي پرسرعت فضايي نشانه‌هايي از منابع مرموز و پرقدرت تشعشعاتي فراتر از كهكشان راه شيري هستند.

اما در آزمايشگاه IceCube دانشمندان يك متر مكعب از يخ‌هاي اعماق قطب جنوب را با حسگرهاي نوري پوشانده‌اند تا بتوانند جرقه‌هاي كوچك احتمالي ناشي از برخورد نوترينوها با اتم‌ها را رديابي كنند. اين مركز اولين رديابي خود را در سال 2013 انجام داد و توانست نوترينو‌هاي خارج از سامانه خورشيدي را رديابي كند: 28 نوترينو با انرژي فراتر از دسترس بهترين برخورد دهنده اتمي دست‌ساز بشر درحال حركت رديابي شدند. از آن زمان به بعد، تعداد اين نوترينو‌هاي متحرك به بيش از 50 رسيد.

محققان اين پروژه به تازگي در كنفرانسي كه در هلند برگزار شد ركوردي جديد را در رديابي ذرات نوترينو توسط ردياب‌هاي يخي اعلام كردند. به گفته محققان نوترينوي رديابي شده دست‌كم 2600 تريليارد الكترون‌ولت انرژي داشته‌است، يعني صدها برابر بيشتر از پروتون‌هاي درون برخورد‌دهنده بزرگ هادرون،‌اين درحالي است كه ركورد انرژي پيشين دو هزار الكترون ولت ثبت شده‌بود.

از اين رو اين نوترينو به قدرتمند‌ترين ذره كيهاني كه تاكنون رصد شده تبديل شد. اين ذره همچنين به عنوان سريعترين ذره نوترينوي رديابي شده در جهان نيز نام‌گرفته‌است. نوترينو‌ها معمولا با سرعتي نزديك به نور حركت مي‌كنند و افزايش اندكي به اين سرعت نيازمند حجم زيادي انرژي خواهد‌بود.

مهمتر اينكه ميزان انرژي بيان شده تنها كمينه‌اي از انرژي حقيقي است. نوترينو به خودي خود به دام ردياب‌ها نخواهد‌افتاد، آنچه IceCube رديابي كرده، ذره‌اي متفاوت به نام مائون است كه محصول جانبي يك مائون نوترينو بوده و از سوي شمال به زمين رسيده‌است. به گفته دانشمندان اين ذره توسط نوترينويي ايجاد شده كه در زير ردياب قرار داشته‌است.

به گفته محققان براساس مدل استاندارد فيزيك،‌انرژي حقيقي اين ذره بين پنج هزار تا 10 هزار تراالكترون ولت است، يعني هزار برابر انرژي يكي از پرتوهاي پروتوني در برخورد‌دهنده هادرون.

نوترينوها را اما مي‌توان با انرژي كمتر و نزديكتر به زمين نيز يافت. آزمايشگاه بوركسينو در گرن ساسو ايتاليا حاوي 200 تن روغن ويژه است كه خمره‌اي بزرگ و كروي حاوي حسگرهاي نوري را پر كرده‌است. بوركسينو با هدف رديابي نوترينوهاي كم‌انرژي كه به واسطه واكنش‌هاي اتمي در قلب خورشيد ايجاد مي‌شوند،‌ساخته شد. اما اكنون از اطلاعاتي كه ‌اين دستگاه طي هفت سال گردآوري كرده براي بررسي وضعيت دروني زمين استفاده مي‌كنند. به اين شكل با رديابي نوترينوهايي كه از داخل زمين متصاعد مي‌شوند، مي‌توانند ميزان حرارت درون زمين را تخمين بزنند.

ردياب‌هايي مانند بوركسينو تاكنون توانسته‌اند چندين نمونه از نوترينوهاي زميني را در كنار پرتوهاي بيشمار نوترينويي توليد شده در نيروگاه‌هاي اتمي در سرتاسر زمين را رديابي كنند. بااين همه محققان بوركسينو به تازگي شواهدي خيره‌كننده از نوترينوهايي ارائه كرده‌اند كه از لايه گوشته زمين متصاعد شده‌اند. اين اطلاعات جديد از وجود 77 نوترينو خبر مي‌دهند كه 24 ذره از ميان آنها قطعا از سوي زمين و نه نيروگاه‌هاي اتمي متصاعد شده‌اند كه دانشمندان اطمينان دارند تعداد مشخصي از آنها از گوشته زمين به ردياب‌ها رسيده‌اند.