تا حالا شده به این فکر کنی ذرههایی تو دنیا هستن که از توی دیوار و حتی سیارهها راحت رد میشن و تقریباً هیچ اثری از خودشون نمیذارن؟ آره، دارم درباره نوترینوها حرف میزنم! این ذرههای عجیب غریب حاصل واکنشهای هستهای و ستارههای در حال انفجارن، و انگار به هیچ قانونی از قوانین فیزیک اهمیتی نمیدن.
سالها خیلی از دانشمندا فکر میکردن نوترینوها جرم ندارن. اما بعداً یه سری شواهد نشون داد که این کوچولوها در واقع یه ذرهای جرم دارن! مشکل اینجاست که اگه نوترینوها جرم داشته باشن، همه چیز رو تو مدل استاندارد فیزیک ذرات (همون «Standard Model» که توضیح میده ذرههای بنیادی چه شکلی با همدین ارتباط دارن) به هم میزنن. خلاصه، موضوع مثله معمای هیجانانگیزیه که دانشمندها هنوز دارن روش کار میکنن.
اینجاست که پروژه KATRIN وارد داستان میشه! اسم کاملش هست “Karlsruhe Tritium Neutrino experiment”. حالا KATRIN چی کار میکنه؟ بجای اینکه سعی کنه خود نوترینو رو بگیره (که تقریباً غیرممکنه، چون نوترینوها عاشق قایممُقایلک بازی با همه چیز هستن) میاد سراغ یه ترفند هوشمندانه: انرژی الکترونی که بعد از واپاشی بتا تولید میشه رو میسنجه. واپاشی بتا یه جور فروپاشی هستهایه که باعث میشه یه نوترینو و یه الکترون از اتم تریتیوم خارج بشن.
KATRIN خیلی دقیق نگاه میکنه که این الکترون چه انرژیای داره. چون تفاوت خیلی خیلی کوچیکی (در حد کسری از یه الکترونولت! حالا این «الکترونولت» واحد کوچیک انرژی توی دنیای ذرات خیلی ریزه) توی انرژی این الکترونها، میتونه ما رو به جرم مخفی نوترینوها یا حتی اثرات مرموز دیگهای که هنوز کشف نکردیم برسونه.
اما KATRIN فقط دنبال فهمیدن جرم نوترینوها نیست! تیم پژوهشی رفتن سراغ اینکه شاید نوترینوها با چیزهای دیگه هم جور عجیبی واکنش نشون بدن؛ یا حتی ذرهها یا نیروهایی تو دنیا باشه که ما خبر نداریم و نوترینوها باهاشون درگیر میشن. هرچی باشه، وقتی دانشمندا یه اختلال کوچیک و غیرعادی توی طیف انرژی الکترونها (یعنی همون شکل منحنی انرژیهایی که ثبت میشه) ببینن، بهش مشکوک میشن که شاید یه نیروی مخفی یا ذره جدیدی داره وارد بازی میشه.
برای مثال، فرضیههایی هست که میگن شاید نوترینوها با ذرات فرضی مثل «W بوزون راستدست» یا «Higgs باردار» یا حتی «لپتوكواركها» reaction نشون بدن (مثلاً این اسامی که گفتم، یه سری ذره هستن که فیزیکدانها تو تئوریهاشون پیشبینی کردن ولی هنوز هیچکس نتونسته ببینهشون).
توی آخرین تحلیل دادهها، فقط با ۵ درصد دادههایی که KATRIN تا حالا جمع کرده، تونستن محدودیتهای قوی جدیدی برای همین واکنشهای احتمالی ناشناخته پیدا کنن. یعنی تا همینجای کار هم تونستن جلوی دست خیلی از فرضیههای دیگهای که آزمایشهای مشابه تو دنیا گذاشتن رو بگیرن! کارولاین فنگلر که عضو تیم KATRINه گفته: «فقط با همین مقدار کم داده، تونستیم محدودیتهایی بذاریم که با بهترین نتیجههای آزمایشهای دیگه رقابت میکنه!»
داستان جذاب اینجاست: چون اکثر پروژههای بررسی نوترینو، حتی دستگاههاشونو میبرن زیر زمین یا تو مخزنهای عظیم، بلکه بتونن این ذرههای کمیاب رو شکار کنن. ولی KATRIN بیشتر دقت و ظرافت رو گذاشته رو اندازهگیری دقیق، اونم جایی که خود نوترینو بعد از تولید داره در میره!
خود تیم KATRIN میگن داریم تمام تلاشمون رو میکنیم تا حساسیت آزمایش رو بیشتر کنیم. با گسترش دیتاست یعنی افزایش دادهها و بهبود روشهای تحلیل، قراره جا رو برای کشفهای آینده بیشتر باز کنن.
اما هنوز نشونهای مستقیم از نیروی جدیدی که نوترینوها رو تحت تاثیر قرار بده پیدا نشده. مهم اینه که همین که آزمایش اینقدر حساس شده که بتونه دامنه احتمالات رو کوچیک کنه، خودش یه دستاورد بزرگه.
راستی! فاز بعدی این پروژه اسمش هست TRISTAN و قراره از سال ۲۰۲۶ شروع بشه. این فاز میخواد دنبال نوترینوهای استریل بگرده. حالا «نوترینوی استریل» یعنی یه مدل نوترینوی سنگینتر که حتی از مدل معمولی هم کمتر تمایل به واکنش نشون دادن داره! جالبش اینجاس که اگه این ذره واقعاً وجود داشته باشه، میتونه تو رمزگشایی از ماده تاریک جهان (اینم یه اصطلاح پر رمز و راز! ماده تاریک یعنی اون قسمتی از عالم که نمیتونیم ببینیمش، اما از تاثیراتش روی کهکشانها و اجرام فضایی میفهمیم که هست) کلی کمک کنه.
در حال حاضر مدل استاندارد هنوز سر جاشه؛ اما هر تکه داده جدیدی که KATRIN جمع میکنه داره مرزهای علم رو یه کم جابهجا میکنه و ممکنه راه رو برای فیزیکی جدید و ناشناخته باز کنه.
اگه میخوای جزئیات دقیقتر رو بخونی، مقاله کاملش تو ژورنال Physical Review Letters منتشر شده.
پس خلاصه بگم؛ این قصه نوترینوها یه جورایی شبیه کارآگاهبازی فیزیکدانهاس! دنبال نشونههایی از ذرهها و نیروهایی هستن که شاید کل نظریاتمون رو دگرگون کنن. KATRIN داره با صبر و دقت، راز این شبحهای بیصدا رو یکی یکی میشکافه. خیلی هیجانانگیزه—امیدوارم وقتی فازهای بعدی داده بیان، چیزای جذابتری هم کشف بشه!
منبع: +
