پروژه ساخت یک آشکارساز عظیم در اعماق تپه‌ای گرانیتی در جنوب چین به مرحله های پایانی نزدیک می‌شود. این آشکارساز پیشرفته، که یکی از با اهمیت ترین پروژه‌های علمی جهان به حساب می اید، طراحی شده است تا ذرات مرموز نوترینو را که در اطراف ما نهان می باشند، شناسایی کند.

رصدخانه زیرزمینی نوترینوی جیانگ‌من (JUNO) در چین به‌زودی کار خود را برای شناسایی و مطالعه نوترینوها، ذرات شبح‌مانندی که به‌سختی قابل شناسایی می باشند، اغاز خواهد کرد. این ذرات، که جرم زیاد ناچیزی دارند، می‌توانند کلیدی برای فهمیدن چگونگی پیدایش جهان باشند.

این آشکارساز یکی از سه پروژه بزرگ جهانی برای مطالعه دقیق‌تر نوترینوها است. دو پروژه شبیه دیگر در ایالات متحده و ژاپن در حال ساخت می باشند، اما تا این مدت به مرحله منفعت‌برداری نرسیده‌اند.

رصد نوترینوها یکی از پیچیده‌ترین و با اهمیت ترین چالش‌های علمی است که می‌تواند ابعاد جدیدی از چگونگی شکل‌گیری جهان هستی را روشن کند.

پروژه عظیم چین برای شناسایی نوترینوها، که قرار است سال آینده به منفعت‌برداری برسد، مرزهای فناوری در این حوزه را به سطح جدیدی خواهد رساند. آندره دو گووآ، فیزیکدان نظری از دانشگاه نورث‌وسترن آمریکا می‌گوید: «اگر چین بتواند این مقصد را محقق کند، دستاوردی شگفت‌انگیز خواهد می بود.»

نوترینوها چیستند؟

نوترینوها از جمله ذرات بنیادی می باشند که قدمت آن‌ها به ابتدای پیدایش جهان، یعنی زمان بیگ‌بنگ، بازمی‌گردد. تریلیون‌ها عدد از این ذرات شگفت‌انگیز در هر ثانیه از بین بدن ما عبور می‌کنند، بی‌آنکه کوچک‌ترین اثری از خود باقی بگذارند.

منشا نوترینوها زیاد تر از فرایندهای هسته‌ای در ستارگانی همانند خورشید است. این چنین، این ذرات در زمان برخورد ذرات بنیادی در شتاب‌دهنده‌های ذرات نیز تشکیل خواهد شد و یکی از کلیدهای فهمیدن ساختار جهان به شمار می‌روال.

اگرچه دانشمندان نزدیک به یک قرن است از وجود نوترینوها خبر دارند، اما هم چنان در مرحله های اولیه فهمیدن ماهیت واقعی این ذرات بنیادی قرار دارند.

کائو جون، یکی از مدیران پروژه آشکارساز چین، درمورد این ذرات می‌گوید: «نوترینوها ناشناخته‌ترین ذرات در جهان ما می باشند. به همین علت است که تحقیقات گسترده‌ای برای مطالعه آن‌ها الزامی است.»

چطور نوترینوها شناسایی خواهد شد؟

نوترینوها، این ذرات بسیار کوچک که به شدت در حال حرکت می باشند، به خودی خود قابل شناسایی نیستند. به همین علت، دانشمندان به بازدید عکس العمل‌هایی می‌پردازند که زمان برخورد آن‌ها با دیگر ذرات ماده رخ می‌دهد. این برخوردها می‌توانند علتایجاد نورهای درخشان یا تشکیل ذرات باردار شوند که قابل اندازه‌گیری می باشند.

از آنجا که نوترینوها تنها در موارد زیاد نادر با دیگر ذرات برخورد می‌کنند، فیزیک‌دانان مجبورند پروژه‌های عظیمی را طراحی کنند تا شانس مشاهده این برخوردهای نادر را افزایش دهند.

آندره دو گووآ در این باره می‌گوید: «راه‌حل برای اندازه‌گیری نوترینوها این است که آشکارسازهای زیاد، زیاد بزرگی بسازیم.»

آشکارسازی عظیم برای اندازه‌گیری ذرات زیاد ریز

چین بعد از ۹ سال تلاش و نزدیک به ۳۰۰ میلیون دلار هزینه، ساخت یکی از بزرگ‌ترین آشکارسازهای جهان را در عمق ۷۰۰ متری زمین در منطقه کایپینگ به مرحله های پایانی رسانده است. 

عمق بالای این آشکارساز از آن در برابر پرتوهای کیهانی و تابش‌های مزاحم محافظت می‌کند، عواملی که می‌توانند فرآیند شناسایی این ذرات را مختل کنند. روز چهارشنبه، کارگران مرحله نهایی ساخت این پروژه را اغاز کردند. قرار است آشکارساز کروی شکل با مایعی خاص پر شود که زمان عبور نوترینوها از خود نور ساطع می‌کند و سپس در آب خالص غوطه‌ور شود.

این آشکارساز برای مطالعه پادنوترینوها طراحی شده است، نسخه معکوس نوترینوها که به دانشمندان پشتیبانی می‌کند حرکت این ذرات را بهتر فهمیدن کنند. این پادنوترینوها از برخوردهای درون دو نیروگاه هسته‌ای تشکیل خواهد شد که در فاصله بیشتر از ۵۰ کیلومتری از آشکارساز قرار دارند.

هنگامی که پادنوترینوها با ذرات حاضر در داخل آشکارساز برخورد می‌کنند، یک نور درخشان تشکیل خواهد شد که امکان شناسایی آن‌ها را فراهم می‌کند.

این آشکارساز با مقصد جواب به یکی از سوال‌های کلیدی درمورد معمای دیرینه نوترینوها طراحی شده است. نوترینوها زمان حرکت در فضا به سه نوع گوناگون تحول شکل خواهند داد، و دانشمندان تصمیم دارند آنها را بر پایه نوع از سبک‌ترین تا سنگین‌ترین مرتب کنند.

اما شناسایی این تغییرات ظریف در ذراتی که به خودی خود شناسایی‌ناپذیر می باشند، چالشی بزرگ است. کیت شولبرگ، فیزیک‌دانی از دانشگاه دوک می‌گوید: «حتی تلاش برای انجام این چنین کاری واقعا جسورانه است.»

آشکارساز نوترینوی چین قرار است در نیمه دوم سال آینده اغاز به کار کند. اما جمع‌آوری و تحلیل داده‌ها زمان‌بر خواهد می بود، به همین علت دانشمندان برای کشف کامل اسرار زندگی نهان نوترینوها باید هم چنان صبور باشند.

علاوه بر چین، دو پروژه شبیه دیگر یعنی هایپر-کامیوکانده در ژاپن و آزمایش نوترینوی عمیق زیرزمینی در ایالات متحده در حال ساخت می باشند. این دو پروژه نیز در کوششاند تا با مطالعه نوترینوها، فهمیدن بهتری از چگونگی شکل‌گیری جهان اراعه دهند.

دو آشکارساز شبیه نوترینوی ژاپن و ایالات متحده قرار است به ترتیب در سال‌های ۲۰۲۷ و ۲۰۳۱ به منفعت‌برداری برسند. این پروژه‌ها با منفعت گیری از راه حلهای متفاوت، نتایج آشکارساز چین را بازدید و اعتبارسنجی خواهند کرد تا فهمیدن بهتری از حرکت این ذرات بنیادی حاصل شود.