يشارك عالم الفيزياء في جامعة إلينوي للتكنولوجيا ومختبر فيرمي نتائج مذهلة في البحث عن جزيئات نيوترينو جديدة في الكون
عمل الأستاذ المساعد للفيزياء برايس ليتلجون في دراسة استمرت لعدة سنوات في مختبر فيرمي الوطني للمسرع بحثًا عن دليل فوتوغرافي على وجود نيوترينو رابع "قاحل".
البروفيسور المشارك في الفيزياء برايس ليتلجون من معهد إلينوي للتكنولوجيا هو جزء من فريق دولي من العلماء الذين وجهوا ضربة لنظرية شائعة مفادها وجود نيوترينو رابع "قاحل". تم نشر نتائج البحث الرائد اليوم في مختبر فيرمي الوطني للتسريع (Farmilab).
إن جسيمات النيوترينو، والتي تأتي بثلاث "نكهات" معروفة، هي أصغر من الذرات وهي من بين اللبنات الأساسية الأكثر شيوعًا في الكون. لعقود من الزمن، بحث العلماء عن تفسير للمؤشرات غير المتوقعة التي تشير إلى أن النيوترينوات تغير نكهاتها بين مكان إنشائها ومكان اكتشافها. تفترض إحدى النظريات الشائعة لتفسير هذه النتيجة وجود نيوترينو رابع "قاحل" غير مكتشف يشبه الشبح أكثر من النكهات الثلاثة المعروفة. النتائج التي توصلت إليها اليوم من التجارب التي أجراها MicroBooNE، وهو كاشف قوي للنيوترينو تم بناؤه في Paralab لفهم تفاعلات النيوترينو بشكل أفضل، توجه ضربة قوية لهذه النظرية.
يقول ليتلجون إن MicroBooNE يشبه "كاميرا رقمية عملاقة تلتقط صورًا رقمية دقيقة بمقياس ملليمتر للتفاعلات بين جزيئات النيوترينو داخل الكاميرا". ويستخدم أجهزة استشعار خاصة للضوء وأكثر من 8,000 سلك مترابط لالتقاط تفاعلات جسيمات النيوترينو. قام ليتلجون، الذي يعمل في هذا المشروع منذ عام 2012، بتنظيم تركيب إلكترونيات الكاشف المستخدمة لتشغيل هذه الأسلاك وقراءة البيانات من الكاشف. كونه رئيس مجموعة التقلبات، فهو مسؤول أيضًا عن مجموعة التحليل التي أنتجت النتائج الجديدة المبلغ عنها. شارك أكثر من مائتي باحث من 36 معهدًا في خمس دول في مساعدة MicroBooNE على تحقيق هذا الاكتشاف الأخير.
استخدمت مجموعة أبحاث Littlejohn في Illinois Tech الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي العميق لمعالجة صور MicroBooNE وإنشاء مخططات توضح بالتفصيل مسارات وهويات منتجات تفاعلات النيوترينو. تسمح هذه الصور والأدوات للباحثين بالتمييز بين الإلكترونات والفوتونات في صور MicroBooNE، وهي معلومات مهمة كانت مفقودة من التجارب السابقة.
يقول ليتلجون: "إذا كانوا على حق في التجارب السابقة في رؤية تلميحات عن النيوترينوات القاحلة، لكان من المفترض أن نرى شيئًا جديدًا ومجنونًا، لكننا لم نر أي شيء جديد ومجنون هناك حتى الآن". "إما أن هذا النيوترينو الجديد لا يمكن أن يكون موجودا أو أنه يبدو مختلفا عما توقعه الناس."
وعلى الرغم من أن البيانات لم تكشف عن دليل على وجود نيوترينو رابع، إلا أن هذا لا يفسر الشذوذات التي ظهرت في التجارب السابقة لفيزياء النيوترينو. سيقوم باحثو MicroBooNE بإجراء تحليلات متابعة باستخدام بيانات إضافية ستختبر أنواعًا مختلفة من الفيزياء الجديدة التي تتجاوز النموذج القياسي، وفي العام المقبل ستبدأ أجهزة الكشف الجديدة عالية الدقة SBND وICARUS العمل في Paralab لزيادة تعزيز أبحاث MicroBooNE.
"نحن نعلم أن الفيزياء الجديدة يجب أن تكون في مكان ما. يقول ليتلجون: "لولا ذلك، على سبيل المثال، لم نكن لنرى كل هذه الأدلة التي تشير إلى وجود المادة المظلمة". "يجب أن تكون هناك علاقة بين المادة المظلمة التي نراها في الكون وأنواع جديدة وغريبة من الجسيمات التي يمكننا إنتاجها في مختبرات فيزياء الطاقة العالية هنا على الأرض."
