ذره های گریزان سرچشمه نیروی خورشید را آشکار کردند

دانشمندان برای نخستین بار ذرات ریز و گریزانی که در قلب خورشید پدید می آیند را آشکار کردند. ذراتی که به ما کمک می کنند تا نیم نگاهی به کنش و واکنش های درون خورشید و سرچشمه ی نیروی آن بیندازیم.

فیزیکدانان ۷۵ سال است که می دانند نیروی خورشید از راه همجوشی هسته ای تامین می شود، فرآیندی که در آن دو پروتون به هم می خورند و هلیوم و انرژی تولید می کنند. ولی آنان هرگز رخ دادن چنین چیزی را مستقیما ندیده اند.

نمایی از مخزن آزمایش بورسینو. در این آزمایش برای نخستین بار نوترینوهای خورشیدی آشکار شدند

فوتون هایی که در نور خورشیدند صدها هزار سال از عمرشان می گذرد [صدها هزار سال در راه بوده اند تا از هسته ی خورشید به سطح برسند. -م]، بنابراین هر چه بگوییم تنها درباره ی همجوشی در گذشته ی دور است. یک راه برای بررسی همجوشی کنونیِ خورشید آنست که به ذرات گریزانی به نام نوترینوهای pp نگاه بیاندازیم، ذراتی که در برخورد پروتون ها تولید می شود.

همه ی نوترینوها بدون بار الکتریکی‌اند و جرمشان هم تقریبا صفر است، بنابراین واکنش بسیار ضعیفی با ماده ی معمولی انجام می دهند - در هر ثانیه تریلیون ها نوترون از درون بدن ما می گذرند بدون آن که چیزی رخ دهد و ما متوجه شویم. ولی نوترینوهای pp حتی از این هم منزوی تر و کناره گیرترند زیرا نسبت به دیگر نوترینوها انرژی کمتری دارند.

اکنون در آزمایش بورِسینو (Borexino Experiment) که در آزمایشگاه ملی گرن ساسوی ایتالیا انجام شد، دانشمندان توانسته اند چند تایی از این نوترینوها را به دام بیندازند. دانشمندان هفت سال در پی شکار نوترینوهای pp با بهره از یک مخزن کروی انباشته از یک سوسوسنجِ مایع بوده اند که به هنگام برخورد پرتوی یونی، چشمک ها یا سوسوهای نور پدید می آورد، مانند کاری که یک نوترینو می کرد. بیش از ۲۰۰۰ آشکارساز که نظاره گر این مخزن بودند، چشمک ها و در نتیجه نوترینوها را می شمردند.

آنچه در قلب خورشید می گذرد

برای محافظت از این مخزن در برابرسیگنال های نادرست و دروغین مانند پرتوهای کیهانی و تابش های زمینی، آن را در ژرفای بیش از یک کیلومتری زیر سطح زمین کار گذاشته اند. موادی که در ساخت آشکارساز به کار رفته هم پرتوزایی بسیار کمی دارد و دانشمندان ناگزیرند پیوسته سوسوزن را پاک و خالص کنند.

تلاش آن ها به بار نشست: این گروه دانشمندان در هر روز برخورد حدود ۹۰ نوترینوی pp به مخزن را آشکار کردند. این بدان معناست که خورشید به اندازه ی کافی از این نوترینوها تولید می کند که بتواند در هر ثانیه، حدود ۶۶ میلیارد عدد از آن ها را به درون هر سانتی متر مکعب سیاره ی زمین بفرستد (نیچر، DOI: 10.1038/nature13702).

این تعداد با پیش بینی های مدل استاندارد خورشیدی سازگار است. فیزیکدانان این شمار را با نگاه کردن به نور خورشید برآورد کرده بودند، ولی به دلیل آن که فوتون ها صدها هزار سال زمان می برد تا از مرکز خورشید به بالا بیایند، سنجششان چیزی که هم اکنون در حال رخ دادن است را نشان نمی داد. ولی نوترینوها یکراست از درون خورشید به سطح می آیند و سیگنالی به روز شده پدید می آورند که ۸ دقیقه بعد هم به ما می رسد.

اندرو رنشاو از دانشگاه کالیفرنیا در لوس آنجلس می گوید: «این دوباره تایید می کند که مدل استاندارد خورشید در مسیر درستی است و تولید و ترابرد انرژی درون خورشید را با کارکردی بسیار خوب توصیف می کند.» رنشاو که در این پژوهش شرکت نداشت می افزاید: «این به راستی یک دستاورد بزرگ و عالی است.»

بررسی نوترینوهای pp همچنین می تواند به حل رازهای دیگر نیز کمک کند. در آزمایش های پیشین، نوترینوهای پرانرژی تری که در واکنش های دومین (ثانویه) در خورشید تولید می شوند آشکار شدند و نشان دادند که این نوترینوها میان سه گونه ی متفاوت تغییر ریخت می دهند. ما هنوز تصویر کاملی از چگونگی این فرآیند نداریم، ولی Borexino شاید کمک کند.

رنشاو می گوید: «با این اندازه گیری امکان آن را خواهیم داشت تا محدوده های بهتری برای فیزیکِ فراتر از مدل استاندارد تعیین کنیم.»

این پژوهشنامه با عنوان "ذرات شبح-مانند رازهای خورشید را فاش می کنند" به چاپ رسید.

واژه نامه:
sun - nuclear fusion - proton - helium - Photon - pp neutrino - neutrino - Borexino experiment - Gran Sasso - scintillator - ionising radiation - cosmic ray - Earth - radioactive - standard solar model - Andrew Renshaw -

منبع: newscientist
برگردان: یک ستاره در هفت آسمان

نقل از یک ستاره در هفت آسمان

عطف به عتف - نگاهی به پژوهش و ISI در ایران

امید عمومی - نامه به ریاست جمهوری

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات