اسرار شگفت‌انگیز ردپای پادنوترینو | از پیش‌بینی تا کشف در در یخ‌های قطب جنوب

همشهری آنلاین -یکتا فراهانی: در اعماق یخ‌های قطب جنوب، برخوردی ثبت شد که فیزیکدانی به نام شلدون گلاشو حدود ۶۰ سال پیش آن را پیش‌بینی کرده بود. یک پادنوترینو با انرژی بسیار بالا با یک الکترون برخورد کرد و ذره‌ای بنیادی به نام بوزون W تولید شد.

این رویداد با کمک رصدخانه آیس‌کیوب ثبت شد؛ آشکارسازی عظیم که از یخ‌های قطب جنوب برای شناسایی ذرات نامرئی جهان استفاده می‌کند. شش دهه در انتظار ثبت در ۸ دسامبر ۲۰۱۶، ذره‌ای به نام پادنوترینوی الکترونی با انرژی حدود ۶٫۳ پتاالکترون‌ولت در یخ‌های قطب جنوب با یک الکترون برخورد کرد.

این برخورد به تولید ذره‌ای به نام بوزون W منفی انجامید و مجموعه‌ای از ذرات ثانویه را ایجاد کرد که آثار آنها به‌وسیله آشکارساز آیس‌کیوب ثبت شد. این رویداد نمونه‌ای از پدیده‌ای به نام «تشدید گلاشو» بود؛ پدیده‌ای که شلدون گلاشو، فیزیکدان آمریکایی و برنده نوبل فیزیک، در سال ۱۹۶۰ پیش‌بینی کرده بود.

اهمیت یخ‌های قطب جنوب رصدخانه آیس‌کیوب در نزدیکی قطب جنوب، با هزاران حسگر نوری در حجمی حدود یک کیلومتر مکعب از یخ ساخته شده است. این حسگرها نور ضعیفی را ثبت می‌کنند که هنگام برخورد نوترینوها با ماده و تولید ذرات باردار ایجاد می‌شود.

نوترینوها به‌دلیل نداشتن بار الکتریکی و برهم‌کنش بسیار ضعیف با ماده، معمولاً بدون ایجاد اثری قابل مشاهده از میان آن عبور می‌کنند. با این حال، برخوردهای نادر آنها می‌تواند ردپایی از خود به جا بگذارد.

بیشتر بخوانید: این برخورد چه چیزی درباره جهان آشکار می‌کند؟ به گزارش IceCube Neutrino Observatory یکی از ویژگی‌های مهم نوترینوها این است که می‌توانند اطلاعاتی درباره محیط‌های بسیار پرانرژی کیهانی به زمین برسانند.

برخلاف ذرات باردار که ممکن است مسیرشان تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی تغییر کند، نوترینوها معمولاً مسیر حرکت خود را مستقیم‌تر حفظ می‌کنند. از این رو، مطالعه آنها می‌تواند به دانشمندان کمک کند منشأ برخی رویدادهای پرانرژی، از جمله پدیده‌های مرتبط با سیاه‌چاله‌ها و مناطق فعال کهکشانی را بررسی کنند.

ثبت تشدید گلاشو همچنین امکان شناسایی نشانه‌هایی از پادنوترینوهای کیهانی را فراهم کرد؛ موضوعی که برای شناخت بهتر منابع تولید این ذرات اهمیت دارد. ارتباط این کشف با نوبل فیزیک ۲۰۲۶ فرانسیس هالزن، فیزیکدان دانشگاه ویسکانسین–مدیسن، در اکتبر ۲۰۲۶ برنده جایزه نوبل فیزیک شد.

این جایزه به پاس نقش تعیین‌کننده او در توسعه رصدخانه آیس‌کیوب و کشف نوترینوهای پرانرژی با منشأ اخترفیزیکی به او تعلق گرفت. هالزن از چهره‌های اصلی تبدیل ایده استفاده از یخ‌های قطب جنوب به یک رصدخانه عظیم علمی بود.

این پروژه امکان بررسی ذراتی را فراهم کرده است که اطلاعات ارزشمندی درباره رویدادهای دوردست کیهانی در خود دارند. البته جایزه نوبل هالزن به طور مستقیم برای کشف تشدید گلاشو اعطا نشد؛ بلکه به مشارکت‌های او در توسعه این رصدخانه و پیشرفت اخترشناسی نوترینویی مربوط بود.

برخورد ثبت‌شده در یخ‌های قطب جنوب نشان می‌دهد چگونه یک پیش‌بینی نظری قدیمی می‌تواند دهه‌ها بعد با کمک فناوری پیشرفته بررسی شود. این کشف همچنین اهمیت نوترینوها را در مطالعه جهان آشکار می‌کند؛ ذراتی که تقریباً نامرئی‌اند، اما می‌توانند اطلاعاتی درباره پرانرژی‌ترین رویدادهای کیهانی به دانشمندان برسانند.