دانشمندان در جست و جوی ردپای نوترینو

دانشمندان در جست و جوی ردپای نوترینو

نوترینو، یک ذره ریز که به خوبی شناخته نشده است، به ندرت با ماده تعامل دارد. این امر مطالعه آن و همتای پادماده آن، پادنوترینو را بسیار چالش برانگیز می کند. راکتورهای هسته‌ای، قوی‌ترین منابع نوترینو روی زمین، نقش مهمی در تحقیق درباره این ذرات دارند. پروژه ای به نام آزمایش نوسان و طیف راکتور دقیق (PROSPECT) برای مطالعات عمیق پادنوترینوهای ساطع شده از هسته راکتور ایزوتوپی با شار بالا (HFIR) توسعه یافته است.

اخیراً، همکاری تحقیقاتی PROSPECT دقیق‌ترین اندازه‌گیری طیف انرژی پادنوترینوهای تولید شده از شکافت اورانیوم ۲۳۵ (U-235) را اعلام کرد. این یافته ها بینش جدیدی در مورد ویژگی های این ذرات به دانشمندان ارائه می دهد.

PROSPECT شامل بیش از ۶۰ شرکت کننده از ۱۳ دانشگاه و چهار آزمایشگاه ملی است. آنها یک سیستم تشخیص ضد نوترینو منحصربفرد ایجاد کردند، آن را در راکتور تحقیقاتی HFIR (یکی از تأسیسات دفتر علوم انرژی در آزمایشگاه ملی Oak Ridge) نصب کردند و محافظت گسترده ای در برابر تداخل پس زمینه ایجاد کردند. تمرکز این تحقیق بر پادنوترینوهای تولید شده از شکافت U-235 است که از طریق واپاشی بتا هسته ای تولید شده و به عنوان همتای ضد ماده برای نوترینوها عمل می کند.

دستاورد های PROSPECT

PROSPECT به درک فیزیک اساسی نوترینو کمک می کند و به درک فرآیندهای هسته ای در راکتورهای شکافت کمک می کند. اکنون دقیق‌ترین اندازه‌گیری طیف انرژی پادنوترینو را از U-235 ارائه کرده است و بینش‌های جدیدی در مورد منشاء اختلافات بین داده‌های مشاهده‌شده و مدل‌های نظری ارائه می‌دهد. این نتایج ضرورت مدل‌های بهبودیافته‌ای را که تولید پادنوترینوها از ایزوتوپ‌های شکافت‌پذیر را توصیف می‌کنند، برجسته می‌کند، و آنها در مجله Physical Review Letters مستند شده‌اند.

تلاش ها برای شناخت بیشتر نوترینو

دانشمندان به شدت به خواص نوترینو علاقه مند هستند، زیرا آنها آزمایش مستقیمی از مدل استاندارد فیزیک ذرات ارائه می دهند، که تعاملات بین ذرات بنیادی را توصیف می کند. ناسازگاری بین پیش بینی های مدل و داده های تجربی منجر به تغییرات پیشنهادی در مدل استاندارد شده است. آزمایش‌های مبتنی بر راکتور، مانند PROSPECT، نوترینوهای کمتری را نسبت به پیش‌بینی‌شده شناسایی کرده‌اند و اختلافات را در یک منطقه خاص از طیف انرژی شناسایی کرده‌اند.

یافته‌های اخیر همکاری PROSPECT با ارائه طیف انرژی مرجع جدید و محدودیت‌هایی در منشأ آنها، مستقیماً به این اختلافات می‌پردازد. آزمایش‌ها در راکتورهای هسته‌ای نقشی حیاتی در پیشرفت فیزیک نوترینو ایفا کرده‌اند، از جمله اولین تشخیص تجربی ذره و تأیید اینکه نوترینوها در حین حرکت، نوع خود را تغییر می‌دهند. ویژگی های منحصر به فرد HFIR آن را به مکانی ایده آل برای ادامه این همکاری و به دست آوردن بینش های جدید در مورد خواص نوترینو تبدیل می کند.

آشکار ساز نوترینو
این حلقه نور در آشکارساز SuperKamiokande نشان از تشخیص یک نوترینوی الکترونی است.

سوالات

ویژگی های نوترینوها چیست؟

نوترینوها ذرات بنیادی کوچکی هستند که بدون بار الکتریکی، حداقل جرم و چرخش ۱/۲ واحد هستند. آنها در خانواده ذرات لپتون قرار می گیرند که تحت تأثیر نیروی قوی نیستند بلکه تحت تأثیر نیروی ضعیفی هستند که در فرآیندهای واپاشی رادیواکتیو خاصی دخیل هستند.

تحقیقات نوترینو شامل چه چیزی است؟

گروه تحقیقاتی نوترینوها بر روی یک مشکل چالش برانگیز تمرکز می کند: تعیین خواص نوترینوها. این “ذرات شبح” گریزان بسیار کم با ماده تعامل دارند و تشخیص آنها را تقریبا غیرممکن می کند.

چگونه می توان نوترینوها را توصیف کرد؟

به گفته وزارت انرژی، نوترینوها به درستی در مدل استاندارد فیزیک ذرات نامگذاری شده اند. آنها بسیار کوچک، خنثی و دارای چنان جرم ناچیزی هستند که هنوز به دقت اندازه گیری نشده است. نوترینوها فراوان ترین ذرات عظیم در جهان هستند.

منبع اصلی نوترینوها چیست؟

اکثر نوترینوهای کشف شده روی زمین از واکنش های هسته ای در خورشید ناشی می شوند. با این حال، آنها همچنین می توانند توسط ابرنواخترها، واکنش های هسته ای مصنوعی یا برهم کنش بین پرتوهای کیهانی و اتم ها ایجاد شوند. رصدخانه ای در قطب جنوب حتی نوترینوهای فوق العاده عجیبی را کشف کرده است.

چه چیزی ایده نوسان نوترینو را پشتیبانی می کند؟

شواهدی برای نوسانات نوترینو از اندازه گیری های مختلف بدست می آید. نسبت شار νμ/νe با دقت بالا در محدوده‌های انرژی زیر و چند گیگا الکترونی ولت اندازه‌گیری شد، که نشان‌دهنده نسبت‌های بسیار کوچک‌تر از پیش‌بینی‌شده در هر دو محدوده است.

چگونه بفهمیم نوترینوها جرم دارند؟

مشاهده تغییر نوترینوها از طعمی به طعم دیگر نشان می دهد که نوترینوها دارای جرم هستند. این فرآیند تبدیل، که به عنوان نوسان شناخته می‌شود، تنها در صورتی امکان‌پذیر است که نوترینوها دارای جرم باشند، و جالب اینجاست که طعم‌های مختلف نوترینوها دارای جرم‌های متفاوتی هستند.

تعاریف

  1. نوترینو:

نوترینو یک ذره زیر اتمی است که به ندرت با ماده تعامل دارد. این یکی از کمترین ذرات در طبیعت است.

  1. ضد نوترینو:

پادنوترینو همتای پادماده نوترینو است. از طریق واپاشی بتا هسته ای تولید می شود و نقش کلیدی در آزمایشات مبتنی بر راکتور ایفا می کند.

  1. PROSPECT (آزمایش نوسان و طیف دقیق راکتور):

PROSPECT یک همکاری تحقیقاتی است که شامل بیش از ۶۰ شرکت کننده از دانشگاه ها و آزمایشگاه های ملی است. این مطالعه بر روی مطالعات دقیق پادنوترینوهای الکترونی ساطع شده از راکتورهای هسته ای، به ویژه راکتور ایزوتوپی با شار بالا (HFIR) تمرکز دارد.

  1. راکتور ایزوتوپی با شار بالا (HFIR):

HFIR یک راکتور تحقیقاتی و یکی از تأسیسات کاربری دفتر علوم وزارت انرژی است که در آزمایشگاه ملی Oak Ridge واقع شده است. این منبع قوی از نوترینوها و مکانی ایده آل برای مطالعه این ذرات است.

  1. اورانیوم-۲۳۵ (U-235):

U-235 ایزوتوپ شکافت پذیر اورانیوم است که تحت شکافت قرار می گیرد و پادنوترینو تولید می کند. این یک تمرکز کلیدی در اندازه گیری طیف انرژی پادنوترینو است.

  1. تجزیه بتا هسته ای:

واپاشی بتا هسته ای فرآیندی است که طی آن یک نوترون در هسته اتم به پروتون تبدیل می شود و یک ذره بتا (الکترون یا پوزیترون) و یک پادنوترینو یا نوترینو ساطع می کند.

  1. مدل استاندارد فیزیک ذرات:

مدل استاندارد یک چارچوب نظری است که برهمکنش های هسته ای الکترومغناطیسی، ضعیف و قوی بین ذرات بنیادی را توصیف می کند. این یک مرجع کلیدی برای درک فیزیک ذرات است.

۸. تداخل پس زمینه:

تداخل پس زمینه به سیگنال ها یا نویزهای ناخواسته در داده های تجربی اشاره دارد که می تواند سیگنال مورد نظر را مخدوش یا مبهم کند. PROSPECT محافظ گسترده ای را برای به حداقل رساندن تداخل پس زمینه در آزمایشات خود اجرا کرد.

منابع

https://neutrinos.fnal.gov

https://www.ncbi.nlm.nih.gov

https://www.sciencealert.com

https://www.energy.gov

https://www.ornl.gov

https://www.britannica.com

https://phys.org

https://www.science.org

۰ ۰ رای ها
امتیازدهی به مقاله
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها
www.novin.com
Generic selectors
Exact matches only
Search in title
Search in content
Post Type Selectors

دانشمندان در جست و جوی ردپای نوترینو

فهرست