التعاون المتماسك

يُعدّ مشروع التعاون المتماسك ( COHERENT Collaboration ) جهدًا متعدد المؤسسات لقياس تشتت النيوترينو المرن المتماسك مع النواة (CEvNS) باستخدام مصدر النيوترونات بالتفتيت (SNS) في مختبر أوك ريدج الوطني في أوك ريدج، تينيسي . ^{[ 1 ] [ 2 ]} وقد نشر مشروع التعاون المتماسك مجموعة من الكواشف بتقنيات مختلفة ونوى مستهدفة متنوعة بهدف قياس CEvNS مباشرةً، وقد تحقق ذلك في عام 2017 باستخدام كاشف بلوري وميضي من يوديد السيزيوم والصوديوم (CsI [Na])، مما جعله أول مشروع من نوعه في العالم. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} ومن خلال قياس المقطع العرضي لـ CEvNS لنوى مستهدفة مختلفة، يتمكن مشروع التعاون المتماسك من توفير اختبار قوي لتوقعات النموذج القياسي. كما تتوفر فرص لدراسة تأثيرات مختلفة تتجاوز النموذج القياسي (BSM) ، مثل المادة المظلمة والنيوترينوات العقيمة . ^{[ 2 ] [ 6 ]}

كان الهدف الرئيسي لتعاون كوهيرنت هو رصد تشتت النيوترينو المرن المتماسك مع النواة (CEvNS، ويُنطق / ˈsɛvəns / مثل "سبعة-s")، وهو تفاعل نووي يتضمن تشتت نيوترينوات منخفضة الطاقة عن النوى . تتعرض هذه النوى لارتداد نووي ، ثم تُودع جزءًا من طاقتها في وسط الكاشف من خلال التأين أو الإثارة. تنبأ دانيال ز. فريدمان بهذه العملية عام 1974 ، ولم يُرصدها تعاون كوهيرنت مباشرةً إلا لأول مرة عام 2017. ^{[ 7 ] [ 4 ]} ومنذ ذلك الحين، رُصدت ظاهرة CEvNS (بدقة تصل إلى 3.7σ) من مصدر مفاعل نووي باستخدام تجربة CONUS . ^{[ 8 ]}

يُعدّ نموذج CEvNS مُعرّفًا بدقة في النموذج القياسي ، مما يسمح بمقارنة التنبؤات النظرية مباشرةً بالقياسات التجريبية لاختبار صحة النموذج. ^{[ 7 ]} يُظهر المقطع العرضي التفاضلي المُتوقع من النموذج القياسي اعتمادًا كبيرًا على عدد النيوترونات في نواة الهدف، لذا، من خلال قياس المقاطع العرضية لمجموعة من مواد الهدف (مثل الأرجون ، والجرمانيوم ، والصوديوم ، والسيزيوم ، واليود ) ومقارنتها بالحسابات النظرية المُقابلة لتلك النواة، فإن أي انحراف كبير عن السلوك المُتوقع سيُشير إلى وجود فيزياء تتجاوز النموذج القياسي. ^{[ 2 ]}

يُعدّ مشروع Coherent التعاوني حساسًا لتأثيرات مختلفة في ما وراء النموذج القياسي، ويُمثّل استكشاف هذه النظريات هدفًا رئيسيًا آخر. تُعدّ المادة المظلمة أحد هذه التأثيرات التي يجري دراستها، بما في ذلك المادة المظلمة المُنتَجة بواسطة المُسرّعات، ونماذج المادة المظلمة الكارهة للليبتوفون عند طاقة أقل من جيجا إلكترون فولت، والجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل ، والتي يُتوقع أن تتشتت بشكل متماسك مع النوى كما في حدث CEvNS. ^{[ 3 ] [ 9 ] [ 10 ]} وقد أبلغت تجارب كاشف النيوترينو السائل الوميضي و MiniBooNE عن نتائج تُشير إلى وجود نيوترينو رابع غير متفاعل يُسمى النيوترينو العقيم، وسيكون مشروع Coherent التعاوني حساسًا لمثل هذا الجسيم. ^{[ 6 ]} كما تحظى تفاعلات النيوترينو غير المرنة مع النوى المختلفة باهتمام خاص لعدة أسباب. على سبيل المثال، ترصد تجربة HALO تدفق النيوترينوات المنبعثة من المستعرات العظمى عن طريق قياس النيوترونات الناتجة عن النيوترينوات والمنبعثة في الرصاص، ولذلك قام فريق Coherent بنشر كاشف لقياس المقطع العرضي لهذا التأثير. ^{[ 11 ] [ 12 ]} قياس تفاعلات النيوترينوات غير المرنة لـ${\displaystyle ^{127}{\text{I}}}$تُعدّ نواة الأرجون ذات أهمية خاصة لتجارب اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو (0νββ) بهدف تقليل التشويش الخلفي. ^{[ 13 ]} كما نشر فريق كوهيرنت التعاوني عدة كواشف من الأرجون السائل لقياس تفاعلات النيوترينو غير المرنة مع نواة الأرجون، وهو أمر ذو أهمية خاصة لدراسة تذبذبات النيوترينو الشمسي، بالإضافة إلى برنامج فيزياء الطاقة المنخفضة لتجربة النيوترينو تحت الأرض العميقة . ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 13 ]}

على عكس التجارب التقليدية التي تعتمد على كاشف واحد، يستخدم تعاون كوهيرنت سلسلة من أنظمة الكشف الفرعية الأصغر حجمًا، والتي تعتمد على نوى هدف مختلفة وتقنيات كشف متنوعة، وتعمل جميعها على رصد وقياس النيوترينوات المتزامنة المحسّنة (CEvNS). تقع هذه الكواشف فيما يُعرف باسم "ممر النيوترينو" في مصدر النيوترينوات النبضي (SNS)، وهو مصدر نيوترينوات ناتج عن تحلل البيون الساكن، يوفر تدفقًا ثابتًا من النيوترينوات في نطاق عشرات الميغا إلكترون فولت. ^{[ 2 ] [ 5 ]}

فيما يلي جدول يوضح الأنظمة الفرعية المختلفة للكاشف المستخدمة لقياسات CEvNS، بما في ذلك تفاصيل مثل النوى المستهدفة، وتقنية الكاشف، وكتلة الهدف، والمسافة من المصدر، وفترة النشر (تشمل إما نطاق التشغيل أو تاريخ البدء إذا كان لا يزال نشطًا):

إلى جانب دراسة جسيمات النيوترونات المتوهجة ذات الشحنة الموجبة، نشر فريق كوهيرنت التعاوني سلسلة من الكواشف الأخرى ذات أهداف فيزيائية مختلفة. يوضح الجدول أدناه أنظمة الكواشف الفرعية المختلفة وتفاصيل تشغيلها، مثل اسم الكاشف، وتقنيته، وهدفه الفيزيائي الرئيسي، وفترة نشره (بما في ذلك نطاق التشغيل أو تاريخ البدء إذا كان لا يزال قيد التشغيل):

كاشف اسم	تكنولوجيا الكشف	الهدف الأساسي في الفيزياء	الانتشار فترة
تجربة نيوترينو NaI (NaIνE)	بلورات وميضية من يوديد الصوديوم المحتوي على الثاليوم مع قراءة ضوئية بواسطة أنبوب مضاعف ضوئي${\displaystyle ^{127}{\text{I}}}$هدف	قم بقياس المقطع العرضي الشامل لتيار الشحن بين الإلكترون والنيوترينو على${\displaystyle ^{127}{\text{I}}}$	2016 [ 20 ]
مطياف التعددية والارتداد (MARS)	طبقات وميضية بلاستيكية مع صفائح مايلر مغلفة بالغادولينيوم مترابطة وقراءة ضوئية بواسطة أنبوب مضاعف ضوئي	رصد وتوصيف الخلفية النيوترونية المرتبطة بالحزمة	2017 [ 21 ]
النيوترون الناتج عن النيوترينو (NIN)	كاشفات وميضية سائلة مزودة بقراءة ضوئية من أنبوب مضاعف ضوئي داخل هدف رصاصي	دراسة النيوترونات الناتجة عن النيوترينو من الرصاص	2015-2024 [ 22 ]
${\displaystyle {\text{D}}_{2}{\text{O}}}$	كاشف تشيرينكوف للماء الثقيل مع قراءة ضوئية من أنبوب مضاعف ضوئي	قياس التدفق المطلق للنيوترينو	2022 [ 23 ]
LArTPC	غرفة إسقاط الوقت باستخدام الأرجون السائل (LArTPC)	قياس المقطع العرضي غير المرن للنيوترينو-أرجون	2025 [ 13 ]

طُرحت فكرة مشروع التعاون المتماسك في مصدر النيوترونات الفائق (SNS) لأول مرة في ورقة بحثية عام 2012، وأُقرّ تمويله في عام 2013. ^{[ 24 ]} كان أول كاشف عبارة عن  بلورة وميضية من يوديد السيزيوم المطعّم بالصوديوم (CsI[Na]) بوزن 14.6 كجم، نُشرت عام 2015، واستُخدمت لأول رصد لظاهرة CEvNS عام 2017. ^{[ 4 ]} ومنذ ذلك الحين، نشر مشروع التعاون المتماسك كواشف مختلفة وأكبر حجمًا، مما أسفر عن أول رصد لظاهرة CEvNS في كل من نوى الأرجون والجرمانيوم. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

لدى نظام SNS أيضًا خطط تطوير ستعود بالنفع على تعاون Coherent، بما في ذلك تطوير حزمة البروتونات في SNS لرفع الطاقة إلى 2 ميغاواط بحلول عام 2025، ومحطة هدف ثانية من المخطط تشغيلها في ثلاثينيات القرن الحالي. سيؤدي ذلك إلى رفع الطاقة النهائية إلى 2.8 ميغاواط مع توزيع البروتونات بين المحطتين. ^{[ 13 ]}

• الموقع الرسمي

35°57′11″ شمالاً 84°18′00″ غرباً / 35.95298° شمالاً 84.30001° غرباً / 35.95298; -84.30001