العلم على الجليد

رحلات عالم شاب إلى القطب الجنوبي - والعودة

يشعر بعض الناس بأنهم محظوظون عندما ترتفع درجة الحرارة -في الصيف- إلى 40 درجة تحت الصفر. هؤلاء الناس يعيشون تحت الشمس التي تشرق دون توقف. هؤلاء هم العلماء الذين يعملون في محطة الأبحاث الدولية في القطب الجنوبي، في القارة القطبية الجنوبية. الدكتورة هاجر لاندسمان (فيلس)، من قسم فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية في معهد وايزمان للعلوم، هي واحدة من هؤلاء العلماء.

الدكتور لاندسمان هو عضو في فريق البحث الدولي IceCube، الذي سمي على اسم تلسكوب فريد يتتبع الجسيمات التي تسمى النيوترينوات، وليس جسيمات الضوء كما جرت العادة. على الرغم من أنها شائعة جدًا، إلا أنه من الصعب جدًا اكتشاف جسيمات النيوترينو: فهي عديمة الكتلة تقريبًا، ولا تحتوي على شحنة كهربائية، وبالكاد تتفاعل مع المادة العادية. والطريقة الوحيدة لتمييز وجودها هي من خلال العلامات التي تبقى بعد تلك التفاعلات النادرة.

في السنوات الأخيرة، تراكمت الكثير من المعلومات حول هذه الجسيمات المراوغة - مثل، على سبيل المثال، حقيقة أنها يمكن أن تغير نوعها أثناء مرورها عبر الفضاء - لكن المخفي لا يزال أكثر من المرئي. أحد الألغاز التي لم يتم حلها يتعلق بأصل جزيئات النيوترينو النشطة للغاية، والتي تشارك في الظاهرة الكونية المعروفة باسم انفجارات أشعة جاما. قد تساعد مراقبة النيوترينوات المنبعثة في هذه الانفجارات العلماء على فهم أصلها وكيفية تكوينها. بالإضافة إلى ذلك، يعتقد العلماء أن النيوترينوات مرتبطة بأشعة كونية غامضة، وقد توفر أدلة لتفسير الظواهر الغريبة التي تميز هذه الأشعة. وقد تسلط جسيمات النيوترينو الضوء على الجوانب المظلمة من الكون، على سبيل المثال، المادة المظلمة. يقول الدكتور لاندسمان: "منذ فجر التاريخ، استخدم الناس جزيئات الضوء - الفوتونات - لمراقبة الكون". "يستخدم تلسكوب IceCube جزيئات النيوترينو في الأبحاث الفلكية، مما يمنحنا منظورًا جديدًا ومثيرًا للكون."

لقد كانت الدكتورة لاندسمان شريكة في فريق IceCube لمدة ثماني سنوات، منذ حصولها على الدرجة الثالثة من التخنيون في حيفا، كجزء من بحث ما بعد الدكتوراه في جامعة ويسكونسن. وتتمثل مهمتها الرئيسية في معايرة واختبار أجهزة التلسكوب البالغ عددها 5,000 كاشف، والتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح.

يتكون IceCube، الذي تم الانتهاء من بنائه العام الماضي فقط، من مجموعة ضخمة من أجهزة الكشف، يبلغ حجمها كيلومترًا مكعبًا واحدًا، مدفونة على عمق كيلومترين ونصف تحت جليد القطب الجنوبي. وفي هذا العمق، يسود الظلام الدامس، لذا من الممكن ملاحظة ومضات نادرة من الضوء، والتي تحدث فقط في تلك الحالات القليلة التي تتلامس فيها جزيئات النيوترينو مع الجليد. وفي هذه الأعماق يكون الجليد صافيًا وشفافًا مثل الزجاج، ويمكن أن تنتقل ومضات الضوء لمئات الأمتار ويتم التقاطها بواسطة كاشف IceCube.

يتم اختبار ومعايرة كل كاشف - وهو بحجم كرة السلة - لعدة أشهر، لأنه بعد دفنه في أعماق الجليد لا توجد طريقة لإصلاحه أو تحريكه، ومع ذلك يجب أن يعمل بشكل صحيح للعقد القادم. يقوم الدكتور لاندسمان بإجراء الاختبارات والتعديلات النهائية في القطب الجنوبي - قبل وقت قصير من دفن الكاشف في مكانه.

تستمر رحلاتها حوالي أربعة أسابيع: ثلاثة منها في الموقع نفسه، وتستمر الرحلات لمدة أسبوع. قد تؤدي الظروف الجوية القاسية غير المتوقعة إلى إطالة مدة الرحلة لعدة أيام. عندما وصلت إلى القطب، عملت الدكتورة لانديسمان على مدار الساعة - ليس فقط لأن الشمس تشرق طوال اليوم، ولكن أيضًا لأنها تشعر بالحاجة إلى تحقيق أقصى استفادة من الوقت القصير الذي تقضيه هناك. "الفريق بأكمله في محطة القطب الجنوبي، والذي يبلغ عدده حوالي 150 عالما ومهندسا وعامل دعم فني، يعمل بهذه الطريقة. يتطلب نقل الأشخاص إلى هناك تكلفة عالية جدًا، لذا يُسمح فقط للأشخاص الأساسيين حقًا بالوصول إلى المحطة. معظم أعمال الصيانة، من تنظيف المراحيض إلى غسل الأطباق، نقوم بها جميعاً".

تتم معظم أعمال الدكتور لاندسمان في الهواء الطلق. البقاء على ارتفاع 2,800 متر فوق مستوى سطح البحر يمكن أن يسبب دوار المرتفعات، والجفاف الشديد يمثل مشكلة أكبر من البرد. هذه الظروف تبطئ وتيرة العمل. وتقول: "في حالة نسيان مفك البراغي، فسوف تضيع ساعتين ثمينتين للعودة للحصول عليه". ولا توجد تدفئة داخل المحطة لتوفير الكهرباء، كما يقتصر الاستحمام على دقيقتين مرتين في الأسبوع. يقول الدكتور لاندسمان: "يمكنك التعود على أي شيء". ومن وقت لآخر، يتوقف العمل الشاق من أجل الاستجمام - مثل السباق التقليدي حول العالم الذي يقام في عيد الميلاد، والذي يدور خلاله أفراد الطاقم حول العمود، برفقة زلاجات ثلجية صممها مهندسو المحطة بشكل خاص. لهذه المناسبة.

كانت رحلة الدكتور لاندسمان الأخيرة إلى وجهة أقرب بكثير - إيطاليا. تنتمي في معهد وايزمان إلى مجموعة البروفيسور إيهود دوشوفني، البروفيسور إيلام جروس والبروفيسور عاموس بارسكين، في قسم فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية. وهي عضو في فريق المعهد المشارك في مشروع زينون، الذي هدفه محاولة العثور على دليل على وجود جزيئات المادة المظلمة باستخدام كاشف موجود في أعماق الأرض في مختبر غران ساسو الوطني في إيطاليا. يقوم الفريق حاليًا ببناء كاشف جديد يحتوي على طن من الزينون السائل. ويشارك الدكتور لانديسمان في تحليل البيانات وتصميم الجهاز الجديد.

علاوة على ذلك، فهي شريكة في تخطيط وتطوير مشروع نيوترينو آخر في القطب الجنوبي. ومن المتوقع أن يغطي المشروع، المعروف باسم ARA، مساحة 100 كيلومتر مربع، مع وجود أجهزة كشف على بعد كيلومتر واحد. وتكتشف هذه الكاشفات الجديدة موجات الراديو - وليس الموجات الضوئية - بحيث يمكن وضعها بالقرب من الأرض، على عمق 200 متر فقط. يصف الدكتور لانديسمان شبكة ARA بأنها شبكة ضخمة، مصممة لاصطياد الأسماك الزيتية بشكل خاص - جزيئات النيوترينو ذات الطاقات العالية.

هاجر لاندسمان (فيلس) متزوجة من عدي، وهو أيضًا عضو في فريق IceCube. وبما أنه منخرط في الجوانب الإدارية للمشروع، فإن رحلات عمله تأخذه إلى ويسكونسن - وليس القطب الجنوبي. وهو راضٍ عن إنجاز المشروع الذي بلغت كلفته نحو 300 مليون دولار في الوقت المحدد، وبميزانية أقل قليلاً مما خصص له. لدى الزوجين طفلان، ابن وابنة، ربما لا يفهمان بالضبط ما تفعله والدتهما بعيدًا عن المنزل. "عندما كانت أصغر سنا، أخبرت ابنتي كل من سألها أن والدتها ستذهب إلى القارة القطبية الجنوبية لتغذية طيور البطريق بالنيوترينوات."