كايبنج، الصين (أسوشيتد برس) – تحت تل من الجرانيت في جنوب الصين، يوشك جهاز كبير على الاكتمال، سيكون قادراً على اكتشاف الجسيمات الغامضة التي تُعرف بالنيوترينوات.
سوف يبدأ المرصد الجوفي للنيوترينوات في جيانغمن قريباً المهمة الصعبة لرصد النيوترينوات: وهي جسيمات كونية صغيرة جداً ذات كتلة شبه معدومة.
يُعتبر هذا الجهاز واحداً من ثلاثة أجهزة تُبنى على مستوى العالم لدراسة هذه الجسيمات الغامضة بأدق التفاصيل. والجهازان الآخران، الموجودان في الولايات المتحدة واليابان، لا يزالان قيد الإنشاء.
تعتبر عملية رصد النيوترينوات تحدياً كبيراً في السعي لفهم كيفية تكون الكون. ومن المتوقع أن يدفع الجهد الصيني، الذي من المقرر أن يبدأ التشغيل العام المقبل، بالتكنولوجيا إلى آفاق جديدة، وفقاً لأندريه دي غوفي، أستاذ الفيزياء النظرية في جامعة نورث وسترن، الذي ليس له علاقة بالمشروع.
“إذا تمكنوا من تحقيق ذلك”، قال، “فسيكون الأمر مذهلاً.”
ما هي النيوترينوات؟
تعود النيوترينوات إلى زمن الانفجار الكبير، وتمر تريليونات منها عبر أجسامنا كل ثانية. تخرج من نجوم مثل الشمس وتخرج عند تصادم قطع ذرية في مسرعات الجسيمات.
عرف العلماء بوجود النيوترينوات منذ ما يقرب من قرن، لكنهم لا يزالون في المراحل الأولى لفهم ما هي هذه الجسيمات حقاً.
“إنها أقل الجسيمات فهمًا في عالمنا”، قال كاو جون، الذي يساعد في إدارة الجهاز المعروف باسم JUNO. “لهذا نحن بحاجة لدراستها.”
ليس هناك طريقة لرصد النيوترينوات الصغيرة التي تومض بسرعات عالية من تلقاء نفسها. بدلاً من ذلك، يقوم العلماء بقياس ما يحدث عندما تصطدم بجزيئات أخرى، مما ينتج عنه ومضات من الضوء أو جزيئات مشحونة.
تتفاعل النيوترينوات مع الجسيمات الأخرى بشكل نادر جداً، لذا لزيادة فرص رصد الاصطدامات، يجب على الفيزيائيين التفكير بشكل كبير.
“الحل لكيفية قياس هذه النيوترينوات هو بناء أجهزة استشعار ضخمة جدًا،” قال دي غوفي.
جهاز كبير لقياس جسيمات صغيرة
تطلب بناء الجهاز في كايبينغ، الصين، الذي تبلغ تكلفته 300 مليون دولار، أكثر من تسع سنوات. يحميه موقعه على عمق 700 متر (2297 قدمًا) من الأشعة الكونية والإشعاعات التي قد تؤثر على قدرته في رصد النيوترينوات.
في يوم الأربعاء، بدأ العمال الخطوة الأخيرة من عملية البناء. وفي النهاية، سيملأون الجهاز الكروي بسائل مصمم لإصدار الضوء عند مرور النيوترينوات، وسينغمرون به بالكامل في مياه نقية.
سيدرس الجهاز النيوترينوات المضادة — وهي معاكسة للنيوترينوات التي تسمح للعلماء بفهم سلوكها — الناتجة من الاصطدامات داخل محطتين للطاقة النووية تبعدان أكثر من 50 كيلومترًا (31 ميلًا) عن مكانه. عندما تلامس النيوترينوات المضادة الجسيمات داخل الجهاز، ستنتج ومضة من الضوء.
تم تصميم الجهاز خصيصاً للإجابة على سؤال رئيسي حول لغز قديم. تتحول النيوترينوات بين ثلاثة أنواع أثناء تنقلها عبر الفضاء، ويريد العلماء ترتيبها من الأخف إلى الأثقل.
ستكون القدرة على استشعار هذه التحولات الدقيقة في الجسيمات الهاربة بالفعل تحدياً، بحسب كيت شولبرغ، عالمة الفيزياء في جامعة ديوك، التي ليست مشاركة في المشروع.
“إنه في الواقع أمر جريء جداً السعي وراء ذلك”، قالت.
من المقرر أن يعمل جهاز الصين في النصف الثاني من العام المقبل. بعد ذلك، سيستغرق الأمر بعض الوقت لجمع البيانات وتحليلها، لذلك سيتعين على العلماء الانتظار لفترة أطول لفهم الحياة السرية للنيوترينوات بشكل كامل.
يتم بناء جهازين مماثلين لرصد النيوترينوات – Hyper-Kamiokande في اليابان وتجربة النيوترينوات العميقة في الولايات المتحدة – من المتوقع أن يبدأ تشغيلهما حوالي عام 2027 و2031 وسيتحققان من نتائج جهاز الصين باستخدام طرق مختلفة.
“في النهاية، نحصل على فهم أفضل لطبيعة الفيزياء،” كما قال وانغ ييفانغ، العالم الرئيسي ومدير المشروع الصيني.
فهم كيفية تشكل الكون
رغم أن النيوترينوات تتفاعل بالكاد مع الجسيمات الأخرى، لكنها موجودة منذ بداية الزمن. يمكن أن تكشف دراسة هذه البقايا من الانفجار الكبير للعلماء كيف تطور الكون وتوسع قبل مليارات السنين.
“إنها جزء من الصورة الأكبر”، قالت شولبرغ.
أحد الأسئلة التي يأمل الباحثون أن تساعد النيوترينوات في الإجابة عليها هو لماذا يتكون الكون غالبية من المادة بينما نظيرها – المسماة المادة المضادة – تقريباً قد انقرض.
لا يعرف العلماء كيف وصلت الأمور إلى هذا المستوى من التوازن، لكنهم يعتقدون أن النيوترينوات ربما ساعدت في كتابة قواعد المادة الأولى.
البحث عن الدليل، كما يقول العلماء، قد يكمن في الجسيمات. سيتعين عليهم رصدها لمعرفة ذلك.
___
منتج الفيديو في أسوشيتد برس أوليفيا تشانغ ساهمت في هذا التقرير. راماكريشنان أبلغ من نيويورك.
___
قسم الصحة والعلوم في أسوشيتد برس يتلقى الدعم من مجموعة هوارد هيوز للوسائط العلمية والتعليمية. أسوشيتد برس مسؤولة بالكامل عن جميع المحتويات.
