چرا كشف تغيير هويت نوترينوها مستحق كسب جايزه نوبل فيزيك شد؟

به گزارش ايرنا، بي بي سي نيوز در مقاله اي به چگونگي ماهيت نوترينوها و تغيير هويت آنها پرداخته است.
در اين مقاله ضمن اشاره به تاريخچه پيش بيني وجود اين ذرات توسط ولفگانگ پاولي دانشمند اتريشي در سال 1930 ميلادي، آمده است: نوترينوها يكي از حدودا 17 عنصر ساختماني غيرقابل تقسيم در جهان هستند.
نوترينوها در عالم ذرات بنيادي ريزتر از اتم، به ندرت با ديگر ذرات كنش دارند.
دانشمندان تخمين مي زنند كه نوترينوها مي توانند از قطعه اي از سرب به قطر 10 تريليون كيلومتر (به عبارت ديگر يك سال نوري) عبور كنند بي آنكه به يك اتم آن برخورد كنند.
با اين حال اين ذرات همه جا هستند، هرچند از وجودشان آگاه نيستيم اما ميلياردها عدد از اين ذره هر ثانيه از بدن ما رد مي شود.
از وقتي كه ولفگانگ پاولي وجود اين ذره را پيش بيني كرد، تا زمانيكه عملا توسط فردريك راينز و كلايد كوان فيزيكدانان آمريكايي كشف شد، ربع قرن طول كشيد.
دانشمندان خيلي صبر كرده اند اما ظاهرا صبر آنها به ثمر نشسته است و به نظر مي رسد كه نوترينو در درك بسياري از معماهاي فيزيك مدرن نقشي كاملا حياتي دارد؛ مثلا شايد درك اين معما كه چرا كيهان عمدتا از ماده تشكيل شده است؟
فيزيك نوبل امسال به خاطر يافتن پاسخ يكي از اولين سئوالات مربوط به فيزيك نوترينو اعطا شد.

** تغيير هويت
در دهه 60 ميلادي، نظريه پردازان شمار نوترينوهايي را كه بايد در واكنش هسته اي در داخل خورشيد توليد شود، حساب كردند اما اندازه گيري هاي بعدي اين نوترينوهاي خورشيدي نشان داد كه فقط يك سوم ميزان محاسبه شده قابل رديابي است.
دانشمندان استدلال كردند كه شايد محاسبات غلط باشد اما توضيح ديگري هم ممكن بود:‌ اگر نوترينوها هويت خود را تغيير دهند چه؟
نوترينوها هم مثل شخصيت هاي سينما به راحتي در ظاهري متفاوت نمايان مي شوند.
به طور كلي، نوترينوها سه هويت دارند: نوترينوي الكتروني، نوترينوي ميوني و نوترينوي تائو و تصور مي شود كه آنها بين اين سه تغيير هويت مي دهند.
پروفسور آلفونز وبر فيزيكدان ذرات در دانشگاه آكسفورد در اين باره گفت:‌ «مثل اين است كه كسي سيب به هوا بياندازد، اما پرتقال توي دستش فرود بيايد.»
خورشيد فقط نوترينوهاي الكتروني توليد مي كند اما اگر اينها در مسير حركت به سوي زمين به دو نوع ديگر بدل شوند، مشاهدات تجربي با نظريات تطبيق خواهد يافت.
براي كشفي كه جايزه نوبل به آن تعلق گرفت از دو مركز علمي استفاده شد: ردياب سوپر - كاميوكاند در ژاپن و رصدخانه نوترينوي سادبري در كانادا.
هر دو ردياب در عمق زمين ساخته شده اند تا امواجي كه ممكن است مزاحم رديابي علايم نوترينو شود را حذف كنند و هر دو مركز در نهايت موفق به تاييد هويت متغير اين ذره شدند.

** سئوال بزرگ
پروفسور وبر گفت: «جايزه نوبل برازنده اين دو فيزيكدان و آزمايش هاي آنهاست، البته نبايد خيلي غيرمنتظره مي بود چون كشف تغيير نوترينوها (كه او آن را انتقال از يك نوع به نوع ديگر مي خواند) براي من چيزي در حد و اندازه كشف بوزون هيگز بود.»
كشف بوزون هيگز - كه به خودي خود شگفت انگيز بود - درها را به روي ساير كشفيات گشود.
نظريه غالب فيزيك ذرات موسوم به مدل استاندارد، اين است كه نوترينوها مثل فوتون ها جرم ندارند اما تغيير هويت نوترينوها نيازمند جرم است.
پروفسور استفان سولدنر رمبالد از دانشگاه منچستر نيز در اين زمينه گفت:‌ «كشف جرم نوترينو و نوسان نوترينو اولين ترك در مدل استاندارد فيزيك ذرات بود.»
توانايي تغيير نوترينو همچنين ممكن است كليد درك علت تشكيل كيهان عمدتا از ماده و نه همتاي شبح وار آن، ضد ماده، باشد.
تصور مي شود كه در جريان «مه بانگ»(بيگ بنگ) به يك اندازه ماده و ضدماده توليد شده باشد اما وقتي يك ذره ماده به ضدماده اش برخورد مي كند، هر دو با انتشار انرژي ناپديد مي شوند.
اگر برخورد ضد ماده و ماده بي وقفه ادامه مي يافت، كيهان فقط متشكل از فوتون ها مي بود و نه چيز زياد ديگري.
اما تغيير شكل نوترينو و ضدنوترينو شايد كفه ترازو را به نفع ماده سنگين تر كرده باشد.
پروفسور وبر مي گويد: «به درستي درك نشده، اما اگر نوسان نوترينوها متفاوت از ضد نوترينوها باشد، تحت شرايط خاص در اوايل تشكيل كيهان، انتقال متفاوت نوترينوها به يك نوع و بعد به نوع ديگر، و تبديل ضدنوترينوها به يك نوع و بعد نوع ديگر ممكن است بيشتر به تشكيل ماده منجر شده باشد تا ضدماده.»
شايد هم نوترينوي ناقابل مثل ابرقهرمان كتاب هاي مصور، ما را از نابودي نجات داده باشد.
جايزه نوبل فيزيك 2015 در روز ششم اكتبر - 14 مهر ماه - بصورت مشترك به «تاكاكي كاجيتا» ژاپني و «آرتور بي مك دونالد» كانادايي اعطا شد.
علمي ** 1055 ** 1071