مشکل نوترینوی خورشیدی!یک داستان کارآگاهی حل شده!

[baten kaitos]

مشکل نوترینوی خورشیدی(قسمت اول):

نوترینو:ذره ای بنیادی با برهم کنش بسیار کم که هم اکنون که درحال خواندن این جملات هستید میلیونها عدداز آنها در حال عبور از بدن شماست!نه تنها شما بلکه درحال عبور از کره ی زمین بدون هیچ گونه برهم کنشی است!مشکل نوترینوی خورشید یک داستان کارآگاهی حل شده است!اولین بار در سال 1970ریموند دیویس شار نوترینوی خورشید را توسط آشکارسازی که آنرا در عمق 1مایلی زیر زمین قرار داده بود اندازه گیری کرد.ذرات دیگر نمیتوانند به خوبی نوترینو بدون برهم کنش از زمین عبور کنند و بطور حتم در عمقی گیر خواهند افتاد! در نتیجه دیویس اشکار سازی ساخت که مطمئن بود در حال اندازه گیری نوترینوهایی است که هشت دقیقه پیش در هسته ی خورشید تولید شده اند.آشکار ساز دیویس چه بود؟؟
آشکارساز او مخرن بزرگی از مایع غیرپرتوزا(تتراکلروتیلن) در حجم صدهزار گالن بود.ذرات کمی با نوترینو برهم کنش میکنند.یکی از آنها کلر37 برای تولید آرگون با نیمه عمر 35روز است که قادر است با نوترینوهای پر انرژی برهم کنش انجام دهد.یعنی
Cl37+neutrino---»Argon+e
هرچند ماه یکبار دیویس و همکارانش آرگونهای جمع آوری شده مخزن را با دقت تخلیه میکردند و تعداد اتم های ارگون تولید شده را تعیین میکردند.پیش بینی با مقدار واقعی بسیار متفاوت بود.تنها یک اتم آرگون در هر دوروز در مخزن ده هزار گالنی تولید میشد!بسیار کمتر از مقدار پیش بینی شده!...پس نوترینوهای خورشیدی کجا بودند؟؟؟
(ادامه دارد...)

 

[baten kaitos]

حماسه نوترینوی خورشیدی(قسمت پایانی):
آزمایشات دیگر نیز اختلاف میان پیش بینی الگوی خورشیدی و تعداد نوترینوهای مشاهده شده را تایید میکنند.رصد خانه ی سوپر کامیوکاند ژاپن که نور تولیدی هنگام پراکنده شدن الکترونها توسط نوترینو ها را آشکار سازی میکند سبب میشود الکترونها با تندی هایی بیشتر از سرعت نور در آب حرکت کنندو تعداد نوترینو های آشکار سازی شده توسط کامیوکاند کمتر از نصف تعداد مورد انتظار از الگوهای خورشیدی می باشد.آزمایش سیگ کار مشترک(شوروی – آمریکا) در آزمایشگاهی در قفقاز و نیز آزمایش گلکس در آزمایشگاهی در ایتالیا کارهای مشابهی انجام دادند و هر دو آزمایش کمبود نوترینو را که اولین بار در آشکار ساز دیویس دیده شد تایید کردند.محققین دو نوع استدلال کردند: اول اینکه هرکدام از فرایندهای فیزیکی اساسی که در الگوی خورشید به کار میروند نادرست می باشند.دوم اینکه اتفاقی مجهول در مسیر نوترینوها از هسته خورشید تا زمین اتفاق می افتد.چند پیشنهاد مانند کدری مواد ستاره ای، تحول خورشید، آهنگ واکنش هسته ای،تغییرات در ترکیب شیمیایی خورشید وچند پیشنهاد عجیب تر(از جمله وجود ماده تاریک در هسته خورشید!) ارائه شد. با این حال هیچ کدام از این راه حل های پیشنهادی توانایی برآوردن محدودیت های مشاهده شده در تعداد نوترینو ها را نداشتند. در این میان یک راه حل ظریف پیشنهاد شد که می گفت:الگوی خورشیدی ما اساساً صحیح است اما نوترینوهایی که در هسته ی خورشید تولید میشوند در واقع قبل از اینکه به زمین برسند تغییر می کنند.یعنی از نوعی به نوع دیگر تبدیل میشوند.یعنی سه مزه از نوترینوها وجود دارد:نوترینوهای الکترونی، نوترینوهای تاوی و نوترینوهای میونی. پیشنهادی که ارائه شد میگفت نوترینوها در حین عبور از خورشید میان این مزه ها در حال نوسان هستند.نوسانات نوترینوها ناشی از برهم کنش با الکترونها می باشد.از آنجا که عنصر کلر در (آزمایش دیویس)، آب در (کامیوکاند) و گالیوم در (سیگ و گلکس) انرژی های آستانه ی متفاوتی دارند، تنها به نوترینوهای الکترونی حساس هستند!
زمانیکه از سوپرکامیوکاند برای آشکارسازی نوترینوهای جوی که از برخورد پرتوهای کیهانی با انرژی بالا با جو بالاتر زمین تولید میشوند استفاده شد،نوسان نوترینو تایید گردید. پرتوهای کیهانی قادر به تولید هردو نوترینوی الکترونی و میونی هستند اما نوترینوی تاو تولید نمیکنند. بنابراین پس از چندین دهه مطالعه ، با پیشرفت عمیق در درک فیزیک ذرات و ماهیت نیروهای بنیادی مشکل نوترینوهای خورشیدی حل شد.در نتیجه کمک آنها به این داستان کارآگاهی علمی مهم سبب گردید ریموند دیویس و ماساتوچی کوشیبا ، مدیر گروه تحقیقاتی کامیوکاند که آشکارسازی های نوترینو را تایید کردند دو تن از دریافت کنندگان جایزه نوبل فیزیک سال دوهزار و دو باشند.
جان باهکال همکار دیویس دو سال بعد در مورد تلاش برای حل مشکل نوترینوهای خورشیدی نوشت:
"زمانیکه به تحقیقات انجام شده در مورد نوترینوی خورشیدی در طول چهل سال گذشته نگاه میکنم شگفت زده میشوم. همکاری جامعه ی بین المللی متشکل از هزاران نفر فیزیکدان، شیمیدان، منجم و مهندس نشان داد که شمارش اتم های رادیواکتیو در یک استخر پر از مایع غیر پرتوزا در یک معدن عمیق در یک مایلی زیر زمین، چه چیزهای مهمی درباره ی مرکز خورشید و ماهیت ذرات بنیادی عجیبی که نوترینو نامیده میشوند بیان میکند...اگر در حماسه ی نوترینوهای خورشیدی شرکت نمیکردم ، باور نمیکردم که این امر امکان پذیر باشد".