فاز باحثان اكتشفا بشكل منفصل أن للنيوترينوات كتلة بجائزة نوبل في الفيزياء

بالنسبة لفيزياء الجسيمات كان هذا اكتشافًا تاريخيًا. لقد عمل النموذج القياسي للمحرك الأعمق للمادة بنجاح، ونجا من جميع التحديات التجريبية لأكثر من عشرين عامًا، لكن النموذج قد لا يغطي سوى جزء من صورة الكون

اكتشاف أساسي في الفيزياء الفلكية أكسب مكتشفه جائزة نوبل. منحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2015 مناصفة إلى تاكاكي
كاجيتا من اليابان وآرثر ماكدونالد من كندا، لإسهاماتهم في إجراء التجارب التي أظهرت أن جسيمات النيوترينو تغير هويتها. يتطلب هذا التغيير أن تكون لجسيمات النيوترينو كتلة. لقد غيّر هذا الاكتشاف فهمنا للعملية الأساسية للمادة، وقد يكون ضروريًا لفهمنا للكون.

على مر السنين، كان هناك عدد غير قليل من المقترحات لحل اللغز – كيف يتم إنشاء جزيئات النيوترينو في الشمس. كان أحدهم أنهم يغيرون هويتهم. وفقًا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، هناك ثلاثة أنواع من النيوترينوات - النيوترينو الكهربائي، ونيوترينو الميون، ونيوترينو التاو، وكل نوع من النيوترينو له جسيم مشحون كهربائيًا - الإلكترون وأقاربه الثقيل والقصير العمر. الميون والتاو. تنتج الشمس نيوترينوات الإلكترون فقط، ولكن إذا غيرت هويتها وأصبحت نيوترينوات ميونية أو نيوترينوات تاو، فسيتم حل لغز اختفاء نيوترينوات الإلكترون من الشمس.

في حوالي عام 1990، قدم كاجيتا اكتشافًا مفاده أن جزيئات النيوترينو الموجودة في الغلاف الجوي تتحول بين هويتين في طريقها إلى كاشف كاميوكاندا في اليابان.

وفي الوقت نفسه، تمكنت مجموعة من الباحثين في كندا بقيادة آرثر ماكدونالد من إثبات أن النيوترينوات القادمة من الشمس لا تختفي في طريقها إلى الأرض. وبدلاً من ذلك، فإنهم ببساطة يأخذون هوية مختلفة عند وصولهم إلى مرصد سودبوري للنيوترينو.
لقد تم حل لغز النيوترينو الذي عانى منه الفيزيائيون لعقود من الزمن. بالمقارنة مع الحسابات النظرية لعدد جسيمات النيوترينو، فقد كان ما يصل إلى ثلثي النيوترينوات مفقودًا في المراقبة التي تم إجراؤها على الأرض. الآن كشفت هاتان التجربتان أن هذه الجسيمات لا تختفي ولكنها ببساطة تغير هويتها. أدى هذا الاكتشاف إلى استنتاجات بعيدة المدى مفادها أن النيوترينوات، التي كانت تعتبر لسنوات عديدة عديمة الكتلة، يجب أن يكون لها كتلة، حتى لو كانت صغيرة جدًا.

بالنسبة لفيزياء الجسيمات، كان هذا اكتشافًا تاريخيًا. لقد كان النموذج القياسي للمحرك الأعمق للمادة يعمل بنجاح، ونجا من جميع التحديات التجريبية لأكثر من عشرين عامًا. ومع ذلك، بما أن النيوترينوات يجب أن تكون لها كتلة، فقد أظهرت الملاحظات الجديدة أن النموذج القياسي لا يمكن أن يكون نظرية كاملة تغطي جميع الجسيمات الأساسية في الكون.
النيوترينوات، التي يصعب اكتشافها بسبب نقص الشحنة الكهربائية، هي ثاني أكثر الجسيمات وفرة في الكون بعد الفوتونات - جسيمات الضوء. وتتعرض الأرض لقصف بآلاف المليارات منها التي تمر، من بين أمور أخرى، عبر أجسادنا دون أن تتلامس مع المادة.

تم إنشاء معظم جسيمات النيوترينو في تفاعلات بين الإشعاع الكوني والغلاف الجوي للأرض. ويتم إنتاج البعض الآخر في التفاعلات النووية داخل الشمس. لا شيء تقريبًا يوقف رحلتهم. النيوترينوات هي واحدة من الجسيمات الأولية الأكثر مراوغة.
وتجري الآن تجارب حول العالم بهدف التقاط النيوترينوات ودراسة خصائصها. من المتوقع أن تغير الاكتشافات الجديدة حول أعمق الأسرار فهمنا لتاريخ الكون وبنيته ومصيره المستقبلي.

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• العلم على الجليد
• منارات الأشباح للفيزياء الجديدة
• لغز المادة المظلمة