في أعماق مياه البحر الأبيض المتوسط ، اكتشف الفيزيائيون أدلة على وجود جسيم دون الذرومي الذي يتنقل عبر الفضاء بسرعة يمكنهم أن يحلموا به.
وقال بول دي جونغ ، وهو عالم فيزيائي في جامعة أمستردام والمتحدثة باسم الحالي للتعاون العالمي بين حوالي 350 عالمًا شاركوا في هذا الاكتشاف: “ما اكتشفناه هو ، كما نعتقد ، أن النيوترينو الأكثر حيوية على الإطلاق سجل على الأرض”.
أعلن الفريق عن “Ultrahigh Energy” Neutrino يوم الأربعاء ، في ورقة نشرت في مجلة Nature. إن النتيجة تجلب علماء الفيزياء وعلماء الفلك على بعد خطوة واحدة من فهم ما ، بالضبط ، هناك تدفع الجزيئات إلى مثل هذه السرعات التي لا يمكن فهمها.
في مؤتمر صحفي يوم الثلاثاء ، وصف الباحثون هذا الاكتشاف بأنه نظرة خاطفة على ما يبدو عليه الكون في أقصى درجات الحدود. وقال Paschal Coyle ، وهو عالم فيزياء الجسيمات الفلكية في مركز فيزياء جسيمات مرسيليا في فرنسا: “لقد فتحنا للتو نافذة جديدة تمامًا”. “إنها حقًا لمحة أولى مثيرة للغاية في نظام الطاقة هذا.”
النيوتريونات معادية للمجتمع. على عكس معظم الجزيئات الأخرى ، فهي بلا وزن تقريبًا ولا تحمل أي شحنة كهربائية ، لذلك فهي لا تصطدم بانتظام أو تصد أو تتفاعل مع المادة. إنهم يتدفقون عبر كل شيء تقريبًا – أحواض النجوم ، الغبار المذهل للمجرات ، الأشخاص العاديين – بدون أثر.
وهكذا ، تشير النيوتريونات التي لم يتم تعبئتها إلى أصولها مباشرة إلى أصولها ، مما يجعلها أدلة ممتازة إلى “المسرعين الكونيين” الطبيعيين الذين خلقوها. كما أنها بعيدة المنال بشكل مذهل ، وعلى مدى عقود عمل العلماء على فخهم بأدوات عميقة في الجبال ، تحت البحيرات المجمدة ودفن في الجليد في أنتاركتيكا.
لكن لم يتم التقاط أي نيوترينو سابقًا ، كان يشبه أي شيء مثل هذا تمامًا. عثر العلماء على Neutrino الطاقة الفائقة باستخدام تلسكوب كيلومتر مكعب نيوترينو ، أو KM3NET ، الذي لا يزال قيد الإنشاء ولكن يعمل بالفعل. تتكون الأداة من زوج من الكاشفات على بعد بضعة أميال تحت سطح البحر الأبيض المتوسط ، قبالة سواحل فرنسا وصقلية.
تم بناء كاشف واحد-مكون من سلاسل من الأجرام السماوية المرفقة بالضوء ، متباعدة على طول حقل كرة قدم على صريح وترسيخه في قاع البحر-بنسبة 10 في المائة فقط عندما أضاء ثلث أجهزة استشعارها مع وميض مميز لمراقبة النيوترينو .
لم ير الكاشف النيوترينو مباشرة. بدلاً من ذلك ، التقطت آثارًا لجسيم دون الذرية المختلفة ، المعروف باسم Muon ، التي تم إنشاؤها عندما تصطدم النيوترينو في الصخور أو مياه البحر القريبة.
انطلق هذا Muon عبر KM3Net بسرعة سريعة ، تاركًا مسارًا من الفوتونات الزرقاء الساطعة في الهاوية المظلمة للبحر. باستخدام نمط الضوء ، وكذلك وقت وصوله إلى أجزاء مختلفة من الشبكة ، استنتج الفريق اتجاه النيوترينو الأصلي. كما قدروا أن النيوترينو يحمل 220 مليون إلكترونفولت من الطاقة.
هذا ليس أكبر من طاقة كرة Ping-Pong المتساقطة. لكن طاقة كرة بينج بونج تنتشر أكثر من ألف مليار جسيم. هنا ، تم الضغط عليها في واحدة من أصغر أنواع المادة في عالمنا ، حيث بلغت هذه الطاقة عشرات الآلاف من المرات أكثر مما يمكن تحقيقه من قبل مسرع الجسيمات الرائد في العالم ، ومصادم Hadron الكبير في CERN.
سجل التلسكوب Neutrino Energy Energy في فبراير 2023. لكن الباحثين احتاجوا إلى عامين لتفسير البيانات وتحليلها ، حيث تأرجح خلالها بين الغبطة والشك.
وقال آر هايجبير ، وهو عالم فلكي النيوترينو في المعهد الوطني للفيزياء دون الذرية في هولندا ، في المؤتمر الصحفي يوم الثلاثاء ، “لقد استغرق الأمر بعض الوقت أن تغرق ، لأكون صادقًا”. قال عالم آخر إن طاقة الجسيم كانت متطرفة لدرجة أن إجمالي بياناته تحطمت جهاز الكمبيوتر الخاص به.
قبل هذا الاكتشاف ، كان النيوترينو الأعلى طاقة تم اكتشافه على الإطلاق حوالي 10 ملايين مليار إلكترون. تم تسجيل هذا السجل المثير للإعجاب في عام 2014 من قبل مرصد Icecube Neutrino ، وهي شبكة أكبر من أجهزة استشعار الضوء المضمنة في الجليد في أنتاركتيكا.
من النادر أن تكتشف أداة مثل KM3NET مثل هذا النيوترينو غير العادي في وقت مبكر من حياتها ، مما أضاف إلى الشك في النتيجة. وقال إريك بلوفوس ، وهو عالم فيزياء إيكوب في جامعة ماريلاند الذي كتب تعليقًا مقابلًا في الطبيعة يوم الأربعاء ، إنه سمع لأول مرة تلميحات من الاكتشاف في المؤتمرات في الصيف الماضي. قال الدكتور بلوفوس: “أعتقد أنه كان هناك الكثير من الكفر بأن هذا قد يكون حقيقيًا”. “في عقد من الملاحظات ، لم نر شيئًا مثل هذا تمامًا.”
أصبح KM3NET محظوظًا ، وفقًا لما ذكره نوكو كراهاشي نيلسون ، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة دريكسيل ، ليس رسميًا في فريق التلسكوب ولكنه لديه وضع مراقب. وقالت: “إنه لأمر مدهش أن كاشفهم يعمل بشكل جيد” ، مضيفة أن اكتشاف النيوترينو وحده “يثير المزيد من الأسئلة أكثر مما يجيب.”
أحد الأسئلة الكبرى هو أي نوع من المسرعات الكونية التي قد يكون قد ولدت مثل هذه الجسيمات النشطة. ربما يلتهم ثقب أسود فائق الفائق الغاز والغبار المحيط به. أو ربما انفجار كارثي من أشعة جاما ، أعلى شكل طاقة من الضوء ، والذي يحدث عندما يكون قلب نجمة الكهوف في نفسه.
هذه العمليات تنبعث منها الجسيمات التي قد تحطم المادة القريبة ، مما يولد موجة من النيوتريونات التي تتسابق عبر الكون ، وأحيانًا ، إلى تلسكوبات على الأرض. نظرية أخرى هي أن تلك الجسيمات المشحونة تتفاعل مع الضوء المتبقي من الانفجار الكبير ، مما يخلق النيوترونات “الكونية” التي قد تحمل أسرار حول تطور الكون.
سيعمل فريق KM3NET على تراجع اتجاه النيوترينو بشكل أكثر دقة ، لتحديد أصل الجسيم بشكل أفضل. ومع اقتراب التلسكوب في عام 2028 ، يأمل العلماء أن تكشف المزيد من النيوتريونات من PEP المماثلة عن نفسها.
بالنسبة للدكتور دي جونغ ، أكد الاكتشاف على أهمية تجربة أنواع جديدة من الكشف ، مثل استشعار الصوتية والراديو ، والتي قد تكون أكثر قدرة على التقاط النيوتريونات في فائقة الطاقات.
“الآن ، نحن نعلم أن هذه النيوتريونات لا يتم التنبؤ بها فقط” ، قال. “إنهم هناك. إنهم حقيقيون “.
اكتشاف المزيد من موقع علم
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
