كايبينغ، الصين (AP) – تحت تلة من الجرانيت في جنوب الصين، أوشك كاشف ضخم على الانتهاء، والذي سيعمل على شم جزيئات الأشباح الغامضة الكامنة حولنا.
سيبدأ مرصد جيانغمن للنيوترينو تحت الأرض قريبًا مهمة الرصد الصعبة النيوترينوات: جسيمات كونية صغيرة ذات كتلة صغيرة محيرة للعقل.
الكاشف هو واحد من ثلاثة يتم بناؤها في جميع أنحاء العالم لدراسة هذه الجزيئات الشبح بعيد المنال بأدق التفاصيل حتى الآن. والاثنان الآخران، ومقرهما الولايات المتحدة واليابان، لا يزالان قيد الإنشاء.
إن تجسس النيوترينوات ليس بالأمر الهين في السعي لفهم كيف نشأ الكون. وقال أندريه دي جوفيا، عالم الفيزياء النظرية في جامعة نورث وسترن، والذي لم يشارك في المشروع، إن الجهود الصينية، المقرر أن تبدأ في العام المقبل، ستدفع التكنولوجيا إلى حدود جديدة.
وأضاف: “إذا تمكنوا من تحقيق ذلك، سيكون الأمر مذهلاً”.
ما هي النيوترينوات؟
يعود تاريخ النيوترينوات إلى الانفجار الكبير، وتتحرك تريليونات منها عبر أجسامنا كل ثانية. إنها تنطلق من النجوم مثل الشمس وتتدفق عندما تصطدم القطع الذرية في مسرع الجسيمات.
لقد عرف العلماء بوجود النيوترينوات منذ ما يقرب من قرن من الزمان، لكنهم ما زالوا في المراحل الأولى من اكتشاف ماهية الجسيمات الحقيقية.
وقال تساو جون، الذي يساعد في إدارة الكاشف المعروف باسم JUNO: “إنه الجسيم الأقل فهمًا في عالمنا”. “لهذا السبب نحن بحاجة إلى دراستها.”
لا توجد طريقة لاكتشاف النيوترينوات الصغيرة التي تتجول من تلقاء نفسها. وبدلاً من ذلك، يقيس العلماء ما يحدث عندما تصطدم بأجزاء أخرى من المادة، مما ينتج عنه ومضات من الضوء أو جسيمات مشحونة.
لا تصطدم النيوترينوات بجسيمات أخرى إلا نادرًا جدًا، لذلك لزيادة فرصها في الاصطدام، يجب على الفيزيائيين التفكير بشكل كبير.
وقال دي جوفيا: “الحل لكيفية قياس هذه النيوترينوات هو بناء أجهزة كشف كبيرة جدًا”.
كاشف كبير لقياس الجزيئات الصغيرة
استغرق بناء الكاشف الذي تبلغ تكلفته 300 مليون دولار في كايبينغ بالصين أكثر من تسع سنوات. موقعه على عمق 2297 قدمًا (700 متر) تحت الأرض يحمي من الأشعة الكونية المزعجة والإشعاعات التي يمكن أن تؤدي إلى التخلص من قدراته على استنشاق النيوترينو.
وبدأ العمال يوم الأربعاء الخطوة الأخيرة في البناء. في نهاية المطاف، سوف يملأون الكاشف ذو الشكل الجرم السماوي بسائل مصمم لإصدار الضوء عندما تمر النيوترينوات عبره ويغمرون كل شيء في الماء النقي.
ستدرس النيوترينوات المضادة – وهي عكس النيوترينوات التي تسمح للعلماء بفهم سلوكها – الناتجة عن الاصطدامات داخل محطتين للطاقة النووية تقعان على بعد أكثر من 31 ميلاً (50 كيلومترًا). عندما تتلامس مضادات النيوترينو مع الجسيمات الموجودة داخل الكاشف، فإنها ستنتج وميضًا من الضوء.
تم تصميم الكاشف خصيصًا للإجابة على سؤال رئيسي حول لغز طويل الأمد. تتبدل النيوترينوات بين ثلاث نكهات أثناء انطلاقها عبر الفضاء، ويريد العلماء تصنيفها من الأخف إلى الأثقل.
وقالت كيت شولبيرج، عالمة الفيزياء في جامعة ديوك والتي لم تشارك في المشروع، إن استشعار هذه التحولات الدقيقة في الجسيمات المراوغة بالفعل سيكون تحديًا.
قالت: “إنه في الواقع أمر جريء للغاية حتى ملاحقته”.
ومن المقرر أن يبدأ تشغيل الكاشف الصيني خلال النصف الثاني من العام المقبل. بعد ذلك، سيستغرق الأمر بعض الوقت لجمع البيانات وتحليلها، لذلك سيتعين على العلماء الاستمرار في الانتظار لاكتشاف الحياة السرية للنيوترينوات بشكل كامل.
وهناك اثنان من أجهزة كشف النيوترينو المماثلة – هايبر كاميوكاندي الياباني، وتجربة النيوترينو العميقة تحت الأرض ومقرها الولايات المتحدة – قيد الإنشاء. ومن المقرر أن يتم تشغيلهم عبر الإنترنت في عامي 2027 و2031 تقريبًا وسيقومون بمراجعة نتائج الكاشف الصيني باستخدام طرق مختلفة.
وقال وانغ ييفانغ، كبير العلماء ومدير المشروع في الجهود الصينية: “في النهاية، أصبح لدينا فهم أفضل لطبيعة الفيزياء”.
فهم كيف تشكل الكون
على الرغم من أن النيوترينوات بالكاد تتفاعل مع الجسيمات الأخرى، إلا أنها كانت موجودة منذ فجر التاريخ. إن دراسة بقايا الانفجار الكبير يمكن أن تساعد العلماء في فهم كيفية تطور الكون وتوسعه منذ مليارات السنين.
قال شولبيرج: “إنهم جزء من الصورة الكبيرة”.
أحد الأسئلة التي يأمل الباحثون أن تساعد النيوترينوات في الإجابة عليها هو لماذا يتكون الكون بأغلبية ساحقة من المادة مع نظيرتها المقابلة – التي تسمى المادة المضادة – والتي تم إخمادها إلى حد كبير.
لا يعرف العلماء كيف أصبحت الأمور غير متوازنة إلى هذا الحد، لكنهم يعتقدون أن النيوترينوات ربما ساعدت في كتابة القواعد الأولى للمادة.
ويقول العلماء إن الدليل قد يكمن في الجسيمات. سيتعين عليهم القبض عليهم لمعرفة ذلك.
___
ساهمت منتجة الفيديو AP أوليفيا تشانغ في هذا التقرير. أفاد راماكريشنان من نيويورك.
___
يتلقى قسم الصحة والعلوم في وكالة أسوشيتد برس الدعم من مجموعة الإعلام العلمي والتعليمي التابعة لمعهد هوارد هيوز الطبي. AP هي المسؤولة الوحيدة عن جميع المحتويات.