من أين تحصل النيوتريونات على كتلتها؟ إنه لغز ، وهو أحد أكثر الحيرة في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. لكن فريقًا من الفيزيائيين يعتقدون أنهم يعرفون كيفية حلها.
ها هي المشكلة: النيوترينو غريب. جسيمات باهتة للغاية ، معظمها منخفض الطاقة وغير ذي أهمية لدرجة أنه يمر عبر كوكبنا بأكمله دون توقف. لعقود ، اعتقد العلماء أنه ليس لديهم كتلة على الإطلاق. في النسخة الأصلية من النموذج القياسي ، الذي يصف فيزياء الجسيمات ، كان النيوترينو عديم الوزن تمامًا. منذ حوالي عقدين ، تغير ذلك. يعرف الفيزيائيون الآن أن النيوترينوات لها كتلة ، وإن كانت بكميات ضئيلة. وهم ليسوا متأكدين بعد من سبب هذه الكتلة بالتحديد.
يمكن أن نحل اللغز بالرغم من ذلك ، تقول ورقة جديدة نشرت في 31 يناير في مجلة Physical Review Letters. مع إعطاء الوقت والبيانات الكافية ، فإن النيوترينوات الأعلى طاقة التي يمكننا اكتشافها بالفعل يجب أن تساعد في كشف الأسرار لكتلتها.
الكشف عن رنين النيوترينو
تأتي النيوترينوات بكميات مختلفة من الطاقة: سيتصرف جسيمان متماثلان بشكل مختلف جدًا اعتمادًا على مقدار الطاقة التي يحملونها.
معظم النيوترينوات التي يمكننا اكتشافها تأتي من شمسنا وحفنة من مصادر الطاقة فائقة السطوع على الأرض (مثل المفاعلات النووية) ، وهي منخفضة الطاقة نسبيًا. وتنزلق النيوترينوهات منخفضة الطاقة عبر أجزاء من المادة بسهولة ، دون أن تدخل في أي شيء. لكن كوكبنا يتعرض أيضًا للقصف من النيوترينوات عالية الطاقة. ومن المرجح أن تنفجر هذه الجزيئات الأخرى ، مثل مقطورة جرار تصرخ على الطريق السريع في الممر.
في عام 2012 ، ظهر كاشف الجسيمات على الإنترنت في القارة القطبية الجنوبية وهو مصمم للكشف عن النيوترينوات عالية الطاقة. لكن الكاشف ، المسمى IceCube ، لا يمكنه الشعور به مباشرة. وبدلاً من ذلك ، فإنه يبحث عن عواقب اصطدام النيوترينو عالي الطاقة مع جزيئات الماء في الجليد المحيط - وهي تصادمات تنتج رشقات من أنواع أخرى من الجسيمات التي يمكن لـ IceCube اكتشافها. عادة ما تكون هذه الرشقات فوضوية ، وتنتج مجموعة متنوعة من الجسيمات. لكن في بعض الأحيان تكون نظيفة بشكل غير عادي - نتيجة عملية تسمى الرنين ، كما قال المؤلف المشارك في الدراسة بهوبال ديف ، الفيزيائي في جامعة واشنطن في سانت لويس.
عندما ينتقل نيوترينو إلى جسيم آخر ، تحديدًا إلكترون ، فإنه يمر أحيانًا بعملية تعرف باسم رنين Glashow ، أخبر ديف Live Science أن الرنين يخلط الجسيمين معًا ويحولهما إلى شيء جديد: بوزون W. اقترح لأول مرة في عام 1959 ، يتطلب رنين Glashow طاقات عالية جدًا ، وربما ظهر مثال واحد في IceCube في 2018 ، وفقًا لحديث عام 2018 في مؤتمر النيوترينو.
لكن بحسب ديف والمؤلفين المشاركين فيه ، قد تكون هناك أنواع أخرى من الرنين. تُعرف إحدى النظريات الأكثر شيوعًا حول كيفية حصول النيوترينو على كتلتها باسم "نموذج زي". وكتب الباحثون في الدراسة الجديدة أنه في ظل نموذج زي ، سيكون هناك نوع آخر من الرنين مثل جلاشو ، ينتج جزيءًا جديدًا آخر يعرف باسم "انفجار زي". وسيكون هذا الرنين في حدود قدرة IceCube على الكشف.
وقال ديف إنه إذا تم الكشف عن انفجار زي ، فسوف يؤدي إلى تحديث جذري للنموذج القياسي ، مما يغير تمامًا طريقة نظر الفيزيائيين إلى النيوترينوات.
سيتحول نموذج زي من نظرية إلى علم ثابت ، وسيتم التخلص من النموذج الحالي للنيوترينوات.
لكن IceCube حساس فقط لنطاقات معينة من طاقات النيوترينو ، والظروف التي من شأنها أن تنتج رشقات Zee موجودة على الحواف الخارجية لذلك النطاق. مع مرور الوقت ، من المرجح أن يكتشف IceCube أحد هذه الحوادث في وقت ما خلال الثلاثين عامًا القادمة.
وأشار الباحثون إلى أنه لحسن الحظ ، فإن تحديثات IceCube قادمة. بمجرد ترقية الكاشف إلى IceCube-Gen 2 الأكبر والأكثر حساسية (من غير الواضح بالضبط متى سيحدث هذا) ، يجب أن يكون الجهاز الأكثر حساسية قادرًا على التقاط رشقة Zee في غضون ثلاث سنوات فقط - إذا كانت رشقات Zee حقًا في الخارج.
وإذا لم تكن انفجارات زي موجودة ، وكان نموذج زي خاطئًا ، فإن سر كتلة النيوترينو سيزداد عمقًا.
