1

دانشمندان اخیراً خبر رویدادی را منتشر کرده‌اند که هیجان زیادی را در میان فیزیکدانان برانگیخته است. یکی از پرانرژی‌ترین نوترینوهایی که تاکنون ثبت شده، در دریای مدیترانه توسط آشکارساز ARCA از پروژه KM3NeT مشاهده شده است.

کشف نوترینویی شگفت‌انگیز

این نوترینوی خارق‌العاده که KM3-230213A نام دارد، توجه جهانی را به خود جلب کرده است. محققان برآورد می‌کنند که انرژی آن حدود ۲۲۰ میلیون میلیارد الکترون‌ولت است.

پاشال کویل، پژوهشگر مرکز ملی پژوهش‌های علمی فرانسه (CNRS) در این رابطه می‌گوید:
«KM3NeT به بررسی محدوده‌ای از انرژی و حساسیت پرداخته که در آن نوترینوهای شناسایی‌شده ممکن است از پدیده‌های اخترفیزیکی بسیار شدید سرچشمه بگیرند.»

وی افزود: «این نخستین شناسایی نوترینویی با صدها پتاالکترون‌ولت، فصلی جدید را در اخترشناسی نوترینوها گشوده و پنجره‌ای تازه برای مشاهده کیهان ایجاد کرده است.»

ذرات بنیادی مرموز

نوترینوها در سراسر جهان سفر می‌کنند و بدون ایجاد اختلال قابل‌توجه از میان ستارگان و سیارات عبور می‌کنند.

دهه‌هاست که دانشمندان در تلاشند تا نوترینوهای فوق‌العاده پرانرژی را رصد کنند و پرده از اسرار شتاب‌دهنده‌های کیهانی بردارند. همکاری KM3NeT شامل بیش از ۳۶۰ متخصص از ۶۸ مؤسسه در ۲۱ کشور مختلف است.

روزا کونگلیونه، پژوهشگر مؤسسه ملی فیزیک هسته‌ای ایتالیا (INFN)، توضیح می‌دهد:
«نوترینوها یکی از مرموزترین ذرات بنیادی هستند. آن‌ها بدون بار الکتریکی، تقریباً بدون جرم و با ماده تعامل بسیار ضعیفی دارند. آن‌ها پیام‌آورانی ویژه از کیهان‌اند.»

آشکارسازی نوترینوها در اعماق دریا

KM3NeT یک مجموعه عظیم است که در کف دریا مستقر شده و شامل دو آشکارساز به نام‌های ARCA و ORCA است.

آشکارساز ARCA در حدود ۵۰ مایلی جنوب سیسیل، در عمق ۱۱,۳۱۹ فوتی (۳۴۵۰ متری) قرار دارد، در حالی که ORCA در نزدیکی تولون فرانسه و در عمق ۸,۰۳۸ فوتی (۲۴۵۰ متری) مستقر است.

هر یک از این سایت‌ها هدفی متفاوت دارند؛ ARCA برای نوترینوهای پرانرژی طراحی شده، در حالی که ORCA بر روی نوترینوهای کم‌انرژی تمرکز دارد.

آشکارسازها متکی به فوتومولتی‌پلایرهایی هستند که درون کره‌های شیشه‌ای تعبیه شده‌اند. هنگامی که یک نوترینوی کیهانی با مولکول‌های آب برخورد می‌کند، نوری ضعیف و آبی‌رنگ ظاهر می‌شود. این سنسورها این نور را ثبت کرده و به محققان کمک می‌کنند مسیر نوترینو را ردیابی کنند.

شناسایی یک میون استثنایی

آشکارساز ARCA توانست یک میون منفرد را شناسایی کند که نشان‌دهنده تعامل یک نوترینو در نزدیکی آن بود. ردپای این میون در سراسر آشکارساز منجر به فعال شدن تعداد زیادی از سنسورها شد.

این داده‌ها تأیید کردند که نوترینوی موردنظر منشأ کیهانی داشته و از منابع محلی نبوده است.

آرت هایبوئر، مدیر فیزیک و نرم‌افزار KM3NeT، توضیح داد:
«برای تعیین جهت و انرژی این نوترینو، لازم بود تلسکوپ با دقت بالا کالیبره شده و الگوریتم‌های پیشرفته‌ای برای بازسازی مسیر به کار گرفته شوند.»

منشأ نوترینوهای پرانرژی

دانشمندان بر این باورند که چنین نوترینوهای پرانرژی ممکن است از منابع فاجعه‌باری مانند بقایای ابرنواخترها یا سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم سرچشمه بگیرند.

برخورد پرتوهای کیهانی با سایر مواد یا فوتون‌ها نیز می‌تواند موجب تولید این نوترینوها شود. برخی از پرانرژی‌ترین پرتوهای کیهانی در جهان ممکن است با تابش زمینه‌ای مایکروویو برخورد کرده و نوترینوهای موسوم به «کاسموجنیک» ایجاد کنند.

مطالعه این رویدادها می‌تواند رازهای تازه‌ای از کیهان را آشکار کند و نشانه‌هایی مستقیم درباره مناطقی که ذرات را به انرژی‌های غیرقابل تصور شتاب می‌دهند، ارائه دهد.

از آنجایی که نوترینوها تقریباً بدون هیچ مانعی از منبع خود حرکت می‌کنند، آن‌ها می‌توانند اطلاعاتی را منتقل کنند که نور یا ذرات باردار قادر به حمل آن نیستند.

پیشرفت در اخترشناسی نوترینوها

سایت ARCA در نهایت شامل ۲۳۰ واحد آشکارساز خواهد شد، در حالی که سایت ORCA دارای ۱۱۵ واحد خواهد بود. هر واحد شامل ۱۸ ماژول نوری پیشرفته است و در مجموع، پروژه KM3NeT بیش از یک کیلومتر مکعب از آب را پوشش خواهد داد.

مایلز لیندزی کلارک، مدیر فنی پروژه KM3NeT و مهندس پژوهشی در CNRS، بیان کرد:
«ابعاد عظیم پروژه KM3NeT، که در نهایت حجمی حدود یک کیلومتر مکعب را پوشش خواهد داد و دارای ۲۰۰,۰۰۰ فوتومولتی‌پلایر خواهد بود، همراه با موقعیت منحصر‌به‌فرد آن در اعماق دریای مدیترانه، نشان‌دهنده تلاش‌های خارق‌العاده‌ای است که برای پیشرفت اخترشناسی نوترینوها و فیزیک ذرات صورت می‌گیرد.»

ثبت یک رویداد نادر

اگرچه این مجموعه هنوز به طور کامل تکمیل نشده، آشکارساز ARCA موفق به ثبت یکی از نادرترین رویدادهای طبیعت شد. با استفاده از کالیبراسیون پیشرفته و تحلیل داده‌ها، پژوهشگران توانستند مسیر و جزئیات انرژی این نوترینو را استخراج کنند.

از آنجایی که این نوترینو احتمالاً با انرژی بیش از ۲۲۰ پتاالکترون‌ولت وارد آب شده است، این کشف می‌تواند به یافته‌های غیرمنتظره‌تری در آینده منجر شود.

این رویداد همچنین از وجود نوترینوهای کیهانی با انرژی حتی بالاتر حمایت می‌کند. برخلاف نوترینوهای کم‌انرژی، این سیگنال‌های فوق‌العاده پرانرژی نشان می‌دهند که موتورهای اخترفیزیکی متفاوتی ممکن است آن‌ها را تولید کنند.

مسیرهای پژوهشی آینده

گروه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان در تلاشند تا مشخص کنند که آیا این نوترینو از نوع «کاسموجنیک» بوده یا از یک منبع کیهانی فعال نشأت گرفته است.

در آینده، افزایش تعداد واحدهای آشکارساز باعث خواهد شد که چنین سیگنال‌هایی با فراوانی بیشتری ثبت شوند، که این امر احتمال تعیین منشأ آن‌ها و درک بهتر نیروهای شکل‌دهنده کیهان را افزایش خواهد داد.

یکی از نمایندگان KM3NeT می‌گوید:
«ما در مرزی قرار داریم که داده‌های جدید، درک ما از کیهان را دقیق‌تر خواهند کرد.»

هر کشف تازه فرصتی برای شناسایی الگوها و مقایسه آن‌ها با داده‌های تلسکوپ‌های پرتو گاما و سایر رصدخانه‌ها فراهم می‌کند.

این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.