على عمق آلاف الأمتار تحت الأرض، في الأعماق الكثونية لقشرة الأرض، تمكن العلماء أخيرًا من اكتشاف الطاقة الشمسية النيوترينوات في عملية تحويل الكربون 13 إلى النيتروجين 13.

إنها المرة الأولى التي يتم فيها رؤية هذا التفاعل النووي النادر بوساطة النيوترينو، مما يكشف كيف يمكن لبعض الجسيمات الأكثر مراوغة وغير الملموسة في الكون أن تعيد تشكيل المادة بهدوء، في الظلام الجوفي بعيدًا عن السطح.

“يستخدم هذا الاكتشاف الوفرة الطبيعية للكربون 13 داخل جهاز الوميض السائل ال بالتجربة لقياس تفاعل محدد ونادر.” تقول الفيزيائية كريستين كراوس ل سنولاب، ال النيوترينو المرصد في كندا حيث تم الكشف.

“على حد علمنا، تمثل هذه النتائج أدنى ملاحظة للطاقة لتفاعلات النيوترينو على نوى الكربون 13 حتى الآن وتوفر أول قياس مباشر للمقطع العرضي لهذا التفاعل النووي المحدد للحالة الأرضية لنواة النيتروجين 13 الناتجة.”

متعلق ب: إنه رسمي: “الجسيم الشبح” الذي اصطدم بالأرض يحطم الأرقام القياسية

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ ة داخل ة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

تعد النيوترينوات من بين الجسيمات الأكثر وفرة في الكون الكبير الواسع. أنها تتشكل في ظروف حيوية، مثل انفجارات السوبرنوفا و الاندماج الذري الذي يحدث في قلوب النجوم، لذا فهم موجودون في كل مكان تقريبًا.

ومع ذلك، فهي لا تحتوي على شحنة كهربائية، وكتلتها تساوي الصفر تقريبًا، وبالكاد تتفاعل مع الجسيمات الأخرى التي تواجهها. تتدفق مئات المليارات من النيوترينوات عبر جسدك الآن، وتمر عبره مثل الأشباح. هذا هو السبب في أنهم معروفون بمودة باسم جزيئات شبح.

لكن بين الحين والآخر، يصطدم النيوترينو بجسيم آخر، وهو اصطدام ينتج عنه توهج خافت متناهٍ في الصغر ووابل من الجسيمات الأخرى. ومع ذلك، فمن الصعب رصدها على سطح الأرض، حيث تحجب الأشعة الكونية وإشعاع الخلفية الإشارة.

ولهذا السبب فإن بعضًا من أفضل أجهزة الكشف عن النيوترينو موجودة عميقا تحت الأرضحيث تعمل قشرة الأرض نفسها كدرع من الإشعاع. ، تصطف الغرف العملاقة بكاشفات ضوئية ومليئة بميض سائل يعمل على تضخيم الإشارات الصغيرة الناتجة عن تفاعلات النيوترينو النادرة، والتي تزدهر في الظلام الدامس الصامت.

النيوترينوات مزورة في قلب الشمس هي باستمرار يتدفق عبر الأرض. وتقع طاقاتها ضمن نطاق معروف جيدًا، مما يجعلها سهلة التمييز عن نيوترينوات الغلاف الجوي والنيوترينوات الفيزيائية الفلكية، والتي تعتبر أكثر نشاطًا بكثير وأقل شيوعًا بكثير. في 2 كيلومتر (1.24 ميل) عمق SNOLAB كاشف SNO+تقريبًا جميع الأحداث في نطاق الطاقة هذا هي ذات أصل شمسي.

بقيادة الفيزيائي جاليفر ميلتون من جامعة أكسفورد في المملكة المتحدة، قام فريق البحث بدراسة بيانات SNO+ التي تم جمعها في الفترة ما بين 4 مايو 2022 و29 يونيو 2023، بحثًا عن إشارة محددة تشير إلى تفاعل النيوترينو مع الكربون 13 داخله. السائل وميض.

عندما يصطدم نيوترينو الإلكترون الشمسي بنواة الكربون 13، فإن الاصطدام يفعل شيئين. الأول هو إنتاج الإلكترون، وهو جسيم ذو شحنة سالبة، حيث تمتص النواة الذرية النيوترينو.

يوجد داخل نواة ذرة الكربون 13 جسيمًا: ستة بروتونات موجبة الشحنة وسبعة نيوترونات متعادلة. ال تفاعل ضعيف الناتج عن النيوترينو يحول أحد تلك النيوترونات إلى بروتون، وينبعث منه إلكترون.

ومع زيادة عدد البروتونات من ستة إلى سبعة، لم تعد الذرة كربونًا بل النيتروجين -13الذي يحتوي على سبعة بروتونات وستة نيوترونات.

وبعد حوالي 10 دقائق، يضمحل النيتروجين 13 الناتج – وهو نظير مشع غير مستقر للنيتروجين بنصف عمر، كما خمنت، 10 دقائق – وينبعث منه إلكترون مضاد أو بوزيترون.

وتكون نتيجة التفاعل من البداية إلى النهاية وميضًا مميزًا من خطوتين يعرف بالصدفة المؤجلة. بشكل أساسي، يمكن للباحثين مراقبة إلكترون يتبعه بوزيترون بعد 10 دقائق، كدليل على تحويل النيوترينو الكربون-13 إلى النيتروجين-13.

ومن خلال 231 يومًا من بيانات المراقبة، حدد الباحثون 60 حدثًا مرشحًا. ومن خلال تمرير بيانات الحدث المرشح من خلال نموذجهم الإحصائي، قدروا 5.6 ​​تحويلات نيتروجين كربون مدفوعة بالنيوترينو. وهذا في الواقع قريب جدًا من الأحداث المقدرة بـ 4.7 التي توقعوا العثور عليها.

“إن التقاط هذا التفاعل يعد إنجازًا استثنائيًا” يقول ميلتون. “على الرغم من ندرة نظير الكربون، فقد تمكنا من ملاحظة تفاعله مع النيوترينوات، التي ولدت في قلب الشمس وقطعت مسافات شاسعة للوصول إلى كاشفنا”.

والنتيجة مثيرة. إن تأكيد التوقعات النظرية أمر ممتع دائمًا، لأنه يعني أن العلم يسير على الطريق الصحيح.

كما أنه يعطي قياسًا جديدًا لاحتمالية تفاعل النيوترينو والكربون منخفض الطاقة. وهذا يعني أنه يضع معيارًا جديدًا للفيزياء النووية والذي سيكون مفيدًا في الدراسات المستقبلية.

“لقد كانت النيوترينوات الشمسية بحد ذاتها موضوعًا مثيرًا للدراسة لسنوات عديدة، وقد أدت قياساتها من خلال تجربتنا السابقة، SNO، إلى جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2015.” يقول الفيزيائي ستيفن بيلر من جامعة أكسفورد.

“من اللافت للنظر أن فهمنا للنيوترينوات القادمة من الشمس قد تقدم كثيرًا بحيث يمكننا الآن استخدامها لأول مرة كـ “شعاع اختبار” لدراسة أنواع أخرى من التفاعلات الذرية النادرة!”

وقد تم نشر البحث فيرسائل المراجعة البدنية.