حتماً شنیدی که هر کسی با یه داستان متفاوت وارد دنیای علم میشه، ولی زندگی جونیور پنا واقعاً نمونه بارز این قضیه‌ست. جونیور اصلِ جنوب مرکز لس‌آنجلسه؛ جایی که باید نگاهت رو پایین بندازی و همیشه برنامه‌ای واسه مشغول نگه‌داشتن خودت داشته باشی، چون هر لحظه امکان داشت با یه نگاه اشتباه برات دردسر درست بشه. خانواده‌ش مجبور بودن زیاد کار کنن و جونیور حتی برادر بزرگ‌ترش رو دید که وارد جوّ باندبازی و خلاف شد. ولی خودش از همون بچگی می‌دونست دنبال چیز دیگه‌ایه.
جونیور تو مدرسه شد یه‌جور نینجا: روزها سر برنامه‌های فوق‌برنامه و ورزش و بازی کامپیوتری می‌رفت، ولی شب که میشد پشت کامپیوتر کلی کتاب درسی و ویدیوی آموزشی می‌خوند و با اینکه دوستاش فکر می‌کردن اهل درس و مشق نیست، اون داشت به‌صورت خودآموز ریاضی پیشرفته و فلسفه یاد می‌گرفت. مثلاً خودش تونست AP حسابان رو قبول بشه — AP یعنی همون امتحان‌های پیشرفته که دانش‌آموزای امریکایی میدن و اگه قبول بشی، کارت میوفته جلوتر.
یه شب تو دبیرستان، تصادفاً تو یوتیوب با ویدیویی درباره ذره هیگز بوزون آشنا شد — این همون «ذره خدا» معروفه که میگن به همه‌ی چیزای جهان جرم میده. همون شب ذهنش پر از سوال شد: راستی واقعاً این جهان چیه و چرا هستیم؟ جوابای فیلسوف‌ها رو خونده بود، اما حس کرد دنیای فیزیک میتونه جواب‌های اساسی‌تری براش داشته باشه.
این شد که فیزیک رو ریخت توی صدر علاقه‌هاش و بعد رسید به دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC)، یه برنامه تابستونی معروف تو MIT و در نهایت هم برای دکترا زد به MIT. حالا اونجا توی آزمایشگاه جوزف فورماجیو کار می‌کنه.
اینجا باید یه توضیح رفیق‌طور بدم: فورماجیو یه فیزیکدان تجربیه که تازه‌ترین روشها رو تو شناسایی نوترینوها طراحی کرده. نوترینو چیه؟ نوترینو یه جور ذره خیلی عجیب و مرموزه که هیچ باری نداره و انگار اصلاً به دنیای اطرافش اعتنایی نمی‌کنه! این ذره‌ها از خورشید، ابرنواخترها (یعنی ستاره‌هایی که منفجر میشن) و حتی تو شتاب‌دهنده‌های ذرات و رآکتورهای اتمی ساخته میشن و اونقدر راحت از دل همه‌چی عبور میکنن که اگه بخوای کامل جلوشونو بگیری باید دیواره‌ای از جنس سرب بسازی که پهناش پنج سال نوری باشه! یعنی یه چیزی تو مایه‌های معجزه. سال ۱۹۳۰، یه فیزیکدان به اسم ولفگانگ پائولی متوجه شد وقتی اتم‌ها تجزیه پرتوزا یا همون «بِتا دیکی» (radioactive beta decay) میکنن، یه بخشی از انرژی گم میشه. تا اینکه نتیجه گرفت یه ذره نامرئی باید انرژی رو با خودش ببره و این‌جوری نوترینو رو کشف کردن.
حالا یه معمای دیگه: طبق مدل استاندارد فیزیک — یعنی همون تئوری رایج رفتار ذرات — نوترینوها اصلاً نباید جرم داشته باشن. دلیلش اینه که این ذره‌ها با میدان هیگز (خیلی خلاصه، یه جور شربت غلیظ کیهانی که به ذرات جرم میده!) اصلاً واکنشی نشون نمیدن. اما تو دهه ۲۰۰۰ فهمیدن که نوترینوها می‌تونن از یک نوع به نوع دیگه‌ای تبدیل شن و این فقط زمانی ممکنه که یه مقدار جرم واقعی داشته باشن. حالا سوال اصلی فیزیکدان‌ها اینه: دقیقاً چقدر؟
اگه رمز جرم نوترینو رو پیدا کنن، شاید بفهمیم چرا ماده در جهان بر ضدماده پیروز شد، یا مدل‌های کیهان‌شناسی رو دقیق‌تر کنیم، حتی ممکنه نقش نوترینوها رو توی معمای ماده تاریک و انرژی تاریک — چیزایی که اصلاً نمی‌تونیم مستقیم ببینیم، اما می‌دونیم کل هستی رو تغییر میدن — بفهمیم.
توی آزمایشگاه فورماجیو، جونیور و هم‌تیمی‌هاش تو یه پروژه بین‌المللی با ۷۱ دانشمند توی ۱۷ تا دانشگاه و مرکز علمی به اسم پروژه ۸ (Project 8) دارن دنبال جرم نوترینو می‌گردن. روششون چیه؟ می‌خوان از تریتیوم (tritium) استفاده کنن — یه ایزوتوپ ناپایدار هیدروژن که وقتی به هلیوم تبدیل میشه، یه الکترون و یه آنتی‌نوترینو آزاد میشه (آنتی‌نوترینو یعنی ضدنوترینو; هر ذره‌ای یه دوقلوی ضد خودش رو هم داره!). دانشمندها انرژی این الکترون‌ها رو با دقت اندازه می‌گیرن تا از اون، مقدار انرژیِ گم‌شده رو بفهمن و از اون هم، جرم نوترینو رو حدس بزنن.
اما اصل ماجرا یه روش جدید به اسم طیف‌سنجی تابش سیکلوترون (Cyclotron Radiation Emission Spectroscopy یا همون CRES) هست که فورماجیو و یه همکارش سال ۲۰۰۸ پیشنهاد دادن. این روش عملاً مثل یه گوش رادیویی فوق‌حساسه که امواج بسیار ضعیف الکترون‌هایی رو شنود می‌کنه که داخل میدان مغناطیسی دارن مارپیچی حرکت میکنن.
اینجا جونیور غوغا کرده: مسئول طراحی یه بخش حیاتی ابزار سنجش بود — یه محفظه مسی که خودش میگه مثل یه گیتار کار می‌کنه؛ یعنی الکترون‌هایی که آزاد میشن شبیه سیمی هستن که کشیده میشه و اون محفظه سیگنال‌هاشونو تقویت می‌کنه. جونیور بیش از یک سال با کمک ماشین‌سازها و همکارها روی ساخت یه نمونه اولیه هم‌اندازه چراغ‌قوه کار کرد، مدام با نرم‌افزارهای طراحی و شبیه‌سازی ور می‌رفت، امتحان و خطا می‌کرد تا به یه طرح کارآمد رسید.
طرح محفظه جونیور باید چندتا چالش رو باهم حل می‌کرد؛ مثلاً هم باید سیگنال الکترون‌ها رو به راحتی استخراج می‌کرد، هم سازگار می‌بود با روش‌هایی که محقق‌ها برای کالیبره کردن سیستم استفاده میکنن — مثلاً با «تفنگ الکترونی» (electronic gun) که می‌دونه چه مقدار دقیق الکترون وارد داره می‌کنه. در عین حال، خاصیت‌های میدان‌های الکترومغناطیسی داخل محفظه هم باید حفظ میشد.
در ماه مه، جونیور نمونه نهایی رو فرستاد دانشگاه واشنگتن و تیرماه اونجا نصب شد. پاییز امسال می‌خوان سیستم رو کالیبره کنن؛ بعدش قراره محفظه و کل آزمایش رو گسترده‌تر کنن تا نهایتاً بتونن داده واقعی با تریتیوم بگیرن.
همه هم‌تیمی‌ها از کار جونیور میگن؛ یکی میگه: «هسته آزمایشه دقیقا همین طرح جونیوره!» یکی دیگه هم میگه: «واقعا عجیبه! یه ایده رو برداشت و واقعی‌ش کرد.»
هنوز پروژه ۸ اول راهشه؛ اما اگه جواب بده، نه تنها راز جرم نوترینو رو کشف میکنن، بلکه شاید بفهمیم ساختار کل کیهان، نحوه شکل‌گیری کهکشان‌ها و حتی اصل ذات ماده چیه!
خود جونیور هم عطش کشف سؤال‌های باز فیزیک رو داره. الان داره به کارای مختلف برای دوران پسا دکتراش فکر می‌کنه؛ مثلا یکی از گزینه‌هاش کار روی سنسورهای فوق‌ریز معلقه (levitated nanosensors)، یه زمینه نوظهور که می‌تونن آزمایشای مربوط به گرانش، شکار ماده تاریک و حتی کشف یه نوع نوترینوی جدید به اسم استریل نوترینو (sterile neutrino — اینم یه مدل فرضی از نوترینوهاست که حتی از معمولیاش هم کمتر با بقیه ذرات واکنش نشون میده!) رو پیش ببرن.
در آخر جونیور امیدوار نیست فقط تو علم بمونه، بلکه دوست داره استاد بشه و راه رو برای بچه‌هایی باز کنه که مثل خودش هیچ‌وقت فکر نمی‌کردن جاییشون تو دنیای دانشگاه باشه. خودش میگه: «یه برنامه تابستونی باعث شد من بیام اینجا، پس وظیفه دارم به نفر بعدی نشون بدم اونم میتونه.»
اینو یادت باشه: داستان‌هایی مثل جونیور پنا نشون میدن هر کسی با هر پیش‌زمینه‌ای میتونه گوشه‌ای از رموز بزرگ جهان رو کشف کنه — فقط کافیه دست از سوال پرسیدن برنداری!
منبع: +
