یه خبر خیلی جذاب از دنیای فیزیک اومده که شاید باعث بشه بالاخره یکی از بزرگ‌ترین رازهای جهان رو حل کنیم. داستان از این قراره که یه گروه از فیزیکدانای فنلاندی، با کمک ابزارهایی خیلی دقیق، موفق شدن انرژی‌های مربوط به فروپاشی هسته‌ای رو تا دقت یک بیلیونی اندازه بگیرن! یعنی چی؟ یعنی انقدر دقیق که انگار داری با ذره‌بین به یه مورچه روی یه کره‌ی برفی نگاه می‌کنی!
این تیم رو یه پژوهشگر دکترا به اسم Jouni Ruotsalainen از دانشگاه یوواسکولا رهبری میکنه. تمرکز اصلی‌شون روی نوترینوهاست؛ اون ذرات کوچولو و عجیبی که تقریباً هیچ اثری از خودشون نمی‌ذارن و به قول معروف “شبح‌وار” از توی زمین و حتی بدن ما عبور می‌کنن. (نوترینو یه جور ذره‌ی بنیادیه که هیچ‌بخ نمیشه با چشم دید، خیلی کوچیک و تقریباً بدون بار برقی یا شارژ الکتریکیه).
اما چرا نوترینو مهمه؟ دقیقاً چون اگه بفهمیم ویژگی‌هاش و جرم واقعیش چیه، شاید بفهمیم جهان چجوری ساخته شده، ستاره‌ها چطوری کار می‌کنن، و اصلاً آیا نوترینو خودش ضدذره‌ی خودش هست یا نه (ضدذره یا آنتی‌پارتیکل یعنی ذره‌ای که همه ویژگی‌هاش برعکسه).
آقای Ruotsalainen می‌گه واسه فهمیدن جرم نوترینو و اینکه ضدذره خودش هست یا نه، باید به فروپاشی‌های بتا و دوتایی بتا نگاه کنیم. فروپاشی بتا (یا beta decay) یعنی یه هسته‌ی اتم خودش رو به یه جور دیگه تبدیل میکنه و یه سری ذره بیرون میندازه مثل یه نوترینو و یه الکترون. فقط تعداد کمی از هسته‌ها هستن که مناسب این آزمایشن و اونم بستگی به Q-Value داره. (Q-Value یعنی مقدار انرژی‌ای که تو فرآیند فروپاشی آزاد میشه و خیلی تعیین‌کننده‌س که این هسته مناسب آزمایش هست یا نه).
اینا از یه دستگاه خیلی خفن به اسم JYFLTRAP Double-Penning Trap استفاده کردن که تو آزمایشگاه شتاب‌دهنده دانشگاهه. این دستگاه در اصل دو تا تله‌ی مغناطیسی-الکتریکیه که می‌تونه هسته‌های اتم رو کنترل‌شده نگه داره و خصوصیاتشون رو بررسی کنه.
طبق مدل استاندارد فیزیک ذرات (Standard Model)، نوترینوها اصولاً فقط از طریق نیروهای ضعیف هسته‌ای وارد عمل میشن و به همین خاطر خیلی سخت میشه خصوصیاتشون رو فهمید؛ چون اصلاً اهل معاشرت نیستن! با اینکه این مدل پیش‌بینی می‌کرد نوترینوها جرم ندارن، مدرک‌هایی هست که نشون میده یه مقدار خیلی کم جرم دارن. اما هنوز کسی دقیق دقیق نمی‌دونه این جرمشون چقدره، فقط یه سقف براش تخمین زدن.
جالب اینجاست که تو این آزمایش، تیم فنلاندی تونستن Q-Value دو تا هسته که دو تا دوتایی‌بتا (double-beta decay) دارن و یه هسته بتا رو اندازه بگیرن. بعد با همکاری تیم نظری دانشگاه اومدن نیم‌عمر هرکدوم رو هم حساب کردن. (نیم‌عمر یعنی مدت زمانی که طول می‌کشه تا نصف یه دسته از هسته‌های رادیواکتیو وا برن یا فروپاشی کنن که معمولاً برای نوترینوها عددهایییه که به عمر کائنات میرسه!).
چیز جالب دیگه‌ای که تو آزمایش فهمیدن این بود: اگه یه نوع فروپاشی خاص به اسم “فروپاشی دوتایی بتا بدون نوترینو” (۰νββ decay، یعنی neutrinoless double beta decay) دیده بشه، یعنی نوترینو واقعاً خودش ضدذره خودشه و کل راز جرمش هم شاید اینطوری لو بره. یادت باشه: اگه این فروپاشی رو ثبت کنن یعنی یه انقلاب تو دنیای فیزیک اتفاق میفته!
اونا برای این دقت امیدوارکننده، از یه تکنیک خفن به اسم phase-imaging ion-cyclotron-resonance استفاده کردن که کارش اینه فرکانس چرخش هسته‌ها رو توی تله اندازه می‌گیره. با این روش فهمیدن می‌تونن اختلاف جرم دو تا هسته رو با دقت بالاتر از یک در میلیارد تعیین کنن! یعنی یه انقلاب دیگه در خودش.
اما یه نکته: هرچند تونستن نیم‌عمرهای خیلی دقیقی حساب کنن، به خاطر اینکه عمر این هسته‌ها واقعاً و واقعاً طولانیه، تعداد کافی فروپاشی تو عمر یه آدم رخ نمیده که بتونی جرم نوترینو یا ضدذره بودنش رو همین حالا اندازه بگیری. ولی دست کم، نشون دادن که بعضی ایزوتوپ‌ها مثل نقره-۱۱۰ (Ag-110) می‌تونن در آینده‌ی نزدیک گزینه‌های بهتری باشن برای این آزمایش‌ها. چون هم نیم‌عمر مناسبی دارن، هم سایر ویژگی‌هاشون به کار تیم‌های تحقیقاتی میاد.
پس داستان به این جا ختم نمیشه. Ruotsalainen قراره ۱۰ اکتبر ۲۰۲۵ پایان‌نامه خودش رو درباره این تحقیقات پرهیجان و این ابزار که JYFLTRAP Penning trap بود، دفاع کنه. شاید در سال‌های آینده بالاخره راز جرم نوترینو و سوال عجیب ضدذره بودنش هم حل بشه!
خلاصه، اگه همیشه دنبال مرزهای جدید علم هستی و دوست داری بدونی جهان چطور کار میکنه، پروژه‌های این مدلی واقعاً بینهایت جذاب و هیجان‌انگیزن؛ مخصوصاً اگه هر بار یه قدم به رازهای بزرگ‌تر نزدیک‌تر شیم.
منبع: +
