به گزارش خبرنگار مهر، این پروژه بین المللی را که \ اپرا\ نام دارد شورای
تحقیقات فیزیک هسته ای اروپا (CERN) واقع در سوئیس و موسسه ملی فیزیک هسته
ای ایتالیا (Infn) با همکاری گروهی از محققان دانشگاهها و موسسات علمی
بلژیک، کره جنوبی، کرواسی، فرانسه، آلمان، ژاپن، روسیه، تونس و ترکیه
انجام داده اند.
در این تحقیقات، ذرات نوترینو نوع \ میون\ از لابراتوارهای سرن واقع در
ژنو با عبور از تونلی به طول 730 کیلومتر به صورت نوترینوی نوع \ تاو\ به
لابراتوارهای \ گرن ساسو\ (Gran Sasso) در ایتالیا رسیدند. این تغییر ماهیت
نشان داد که یکی از انواع نوترینو جرم دارد.
نوترینوی \ تاو\ توسط دستگاهی به نام \ اپرا 1\ رصد شد. این دوربین عکاسی غول پیکر ویژه رصد نوترینو هزار و 300 تن وزن دارد.
گروه فناوریهای نوین خبرگزاری مهر در همین راستا گفتگوی مشروحی را با
\ ریکاردو برونیه را\ (Riccardo Brugnera) استاد دپارتمان فیزیک دانشگاه
مطالعات پادوا، عضو موسسه ملی فیزیک هسته ای ایتالیا و پروژه اپرا انجام
داده است که در ادامه می خوانید:
* خبرگزاری مهر - گروه فناوریهای نوین: پروفسور \ برونیه
را\ ؛ به عنوان اولین سئوال لطفا برای خوانندگان خبرگزاری مهر به زبانی
ساده توضیح دهید که نوترینو چیست؟
- ریکاردو برونیه را: براساس یک مدل استاندارد
(که درحال حاضر بهترین تئوری فعل و انفعالات بنیادی است که در اختیار ما
قرار دارد) ماده از دو گروه از ذرات ساخته شده است: کوارکها و لپتونها.
این ذرات از طریق فعل و انفعالات بنیادی زیر با همدیگر واکنش می دهند: فعل
و انفعالات قوی، فعل و انفعالات الکترومغناطیسی و فعل و انفعالات ضعیف. در
مورد کوارک همچنین فعل و انفعالات گرانشی نیز وجود دارند که اهمیت انرژی
آنها تاکنون در فرایندهای فیزیک انرژیهای بالا هیچ است.
کوارکها که تحت تاثیر تمام این سه فعل انفعالات قرار دارند،
سازندگان اصلی ذراتی چون پروتونها و نوترونها هستند. در گروه لپتونها برای
مثال الکترون و همین نوترینوهای ما حضور دارند.
نوترینوها ذرات بسیار ویژه ای هستند چون تنها تحت تاثیر فعل و
انفعالات ضعیف قرار دارند. همانطور که از اسم این فعل و انفعال پیدا است
بسیار ضعیف است. به طوری که نوترینوها می توانند از لایه های بزرگی از
ماده بدون هیچ نوع فعل و انفعالی عبور کنند. برای مثال می توانند بدون هیچ
مشکلی از تمام زمین ما بگذرند.
از اینجا می توان فهمید که چرا مطالعه بر روی نوترینوها همیشه دشوار
است. چون بسیار کم فعل و انفعال می کنند! اما از طرف دیگر مطالعه آنها
همیشه مهمترین نتایج علمی را عرضه می کند. نوترینوها بار الکتریکی ندارند
و دارای جرم در حد صفر هستند و بی نهایت کوچکند.
دستگاه آشکارساز \ اپرا\
* اولین آزمایشات برای کشف جرم یک نوترینو را چند سال قبل آغاز کردید؟
- برای روشن تر شدن موضوع باید بگویم که نوسانات نوترینوها تنها
زمانی می توانند رخ دهند که نوترینو جرم داشته باشد. حتی اگر این جرم
بسیار کوچک باشد. با وجود این با آزمایشات نوسان، اثبات اینکه نوترینوها
جرم دارند امکانپذیر نیست. به همین منظور ما آزمایشات تخصصی دیگری را
انجام دادیم. اما اولین آزمایشات مربوط به نوسانات نوترینوها به نخستین
سالهای دهه 60 بازمی گردد. آزمایش \ اپرا\ یک میراث شایسته از این سنت است.
برای دستیابی به نتایجی که در این روزها منتشر شده پروژه اپرا حدود 10 سال
کار کرده است.
* نوترینوها از سرن به لابراتوارهای \ گرن ساسو\ می رسند،
اما از کدام بخش سرن؟ آیا در اینجا یک شتابگر دیگر مشابه LHC (برخورد
دهنده بزرگ هادرون) و یا یک تونل شرکت دارد؟
- دسته های نوترینو استفاده شده توسط \ اپرا\ در سرن و در یک ساختار
ویژه به نام CNGS تولید می شوند. به طور خلاصه، یک دسته پرتو پروتونی با
انرژی بالا از شتابگر SPS (ابر دستگاه تقویت و تسریع کننده ذرات پروتون)
به طرف یک هدف گرافیتی ارسال می شود. در اثر این برخورد، ذرات ثانویه
دیگری به خصوص \ پیونها\ و \ کائونیها\ تولید می شوند.
این ذرات باردار توسط یک ساختار ویژه مغناطیسی متمرکز شده و به سمت
یک تونل طویل زیر زمینی فرستاده می شوند که این تونل به لابراتوارهای گرن
ساسو می رسند. در طول این تونل، پیونها و کائونیها به طور طبیعی زوال
یافته و به نوترینوها تبدیل می شوند. این دسته پرتو ثانویه نوترینوها در
پایان به دستگاه اپرا می رسد.
دستگاه آشکار ساز اپرا در لابراتوارهای زیرزمینی گرن ساسو
* تغییر تنها یک نوترینو از \ میون\ به \ تاو\ به چه معنی
است؟ به عبارتی دیگر آیا می خواهد بگوید که این نوسان دلیل اصلی برای نشان
دادن جرم این ذره است؟
- همانطور در بالا گفتم، در اینجا مسئله دیگری وجود دارد. این
آزمایشات نشان دادند که نوترینوها تنها یک گونه نیستند بلکه سه گونه از
این ذرات وجود دارند که عبارتند از: نوترینوی الکترونیکی، نوترینوی میونی
و نوترینوی تاو. اکنون ما مشاهده کردیم که تعدادی از ذرات دسته
نوترینوهایی که از سرن گسیل شدند و از نوع نوترینوی میونی بودند در این
طول این سفر به نوترینوهای تاو تبدیل شدند (نوسان کردند). اکنون نتایج این
نوسان حاکی از آن است که حداقل یکی از این سه نوع نوترینو می توانند جرم
داشته باشند. از دیدگاه اهمیت علمی، این آزمایشات نوسان نوترینوها بر این
نکته دلالت می کنند که نوترینوها جرم دارند.
* گفته می شود که اولین ایده امکان تبدیل نوترینوها را یک فیزیکدان ایتالیایی ارائه کرده است. این درست است؟
- بله، درست است. در سال 1957 برونو پونته کورو (Bruno Pontecorvo)
فیزیکدان ایتالیایی و یکی از دانشجویان انریکو فرمی در گروه \ پسران خیابان
پانیس پرنا\ که در آن زمان به اتحاد جماهیر شوروی نقل مکان کرده بود ایده
ای را منتشر کرد که نشان می داد نوترینو می تواند در حالت ضد ماده خود (ضد
نوترینو) نوسان کند.
* بنابراین می توانیم بگوییم این نتایج جدید یک افتخار دیگر برای دانشمندان ایتالیایی در عرصه فیزیک ذرات است؟
- به طور حتم می توان اینطور گفت. برای تکمیل بحث در عرصه تئوری نوترینوها
نباید نامی چون \ اتوره مایورانا\ (Ettore Majorana) را فراموش کنیم که در
1937 یک تئوری را برای ذرات خنثی (نوترینو) پیشنهاد داد که این تئوری در
حال حاضر در بسیاری از لابراتوارهای دنیا در فاز آزمایش و بررسی قرار دارد.
از سویی دیگر، INFN (موسسه ملی فیزیک هسته ای ایتالیا) همواره نگاهی ویژه
به مطالعه درخصوص فیزیک نوترینو داشته است. لابراتوارهای ملی گرن ساسو
(LNGS) بزرگترین لابراتوارهای زیرزمینی دنیا هستند و بخش بسیار مهمی از
آزمایشاتی که در آنجا انجام می شود مربوط به بررسی خصوصیات نوترینوها است.
* گام بعدی پروژه اپرا چه خواهد بود؟
- تاکنون آزمایش اپرا تنها حدود 20 درصد از اطلاعات پیش بینی شده را
جمع آوری کرده است. از این رو مهمترین هدف این پروژه در سالهای آینده نیز
جمع آوری اطلاعات باقی مانده است. اگر همه چیز برپایه پیش بینی ها خوب پیش
رود در مجموع باید 10 رویداد مربوط به نوسان نوترینوی میونی به نوترینوی
تاو را شاهد باشیم.
* شما به عنوان یک دانشمند فعال در این پروژه بین المللی، نقش این کشف جدید را در آینده فیزیک ذرات چگونه می بینید؟
- آزمایش \ اپرا\ با هدف رصد مستقیم ظهور نوترینوی تاو برانگیخته از
نوسان نوترینوی میون ساخته شده است. نتایج حال و آینده اپرا یک آزمایش
تجربی بنیادی در درک نوسانات نوترینوها را ارائه می کنند. ما با کمک
بررسیهای پیشین چون آزمایش \ SuperKamiokande\ در ژاپن و MINOS در آمریکا
به وضوح می دانستیم که نوترینوی میونی نوسان می کند و به احتمال بسیار
زیاد باید به نوترینوی تاو تبدیل شود اما تاکنون هیچ یک از این آزمایشات
قادر نبودند نوترینوی تاو را مشاهده کنند و تنها اپرا توانست آن را ببیند.
به عبارتی دیگر، آزمایش اپرا به روشی قطعی این حوزه ویژه از تحقیقات
(نوسانات نوترینوی میونی به نوترینوی تاو) را می بندد (خواهد بست) و
بنابراین می تواند منجر به کشفیات بزرگی در آینده فیزیک ذرات شود.
