مرصد النيوترينو في الهند

مرصد النيوترينو الهندي ( INO ) هو مشروع بحثي في ​​فيزياء الجسيمات قيد الإنشاء، ويهدف بشكل أساسي إلى دراسة النيوترينوات الجوية في كهف بعمق 1200 متر (3900 قدم) ^{[ 1 ]} تحت قمة INO بالقرب من ثيني ، تاميل نادو، الهند. ويهدف المشروع إلى توفير قياس دقيق لمعاملات مزج النيوترينو. وهو مشروع تعاوني بين عدة مؤسسات، ويُعدّ من أكبر مشاريع فيزياء الجسيمات التجريبية التي تُنفّذ في الهند. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} 

كان من المقرر أصلاً إنجاز المشروع في عام 2015 بتكلفة تقديرية قدرها 15 مليار روبية هندية ( 209.7 مليون دولار أمريكي )، وقد حصل على موافقة وزارة البيئة للبناء في محمية غابة بودي ويست هيلز في مقاطعة ثيني بولاية تاميل نادو. وبعد تأخير، بدأ العمل في المشروع اعتبارًا من عام 2015.[ ^{5 ] [ 6 ]​}

عند اكتمالها، من المخطط أن تتضمن تجربة المسعر الحديدي الممغنط الرئيسي (ICAL) أكبر مغناطيس في العالم، وهو أكبر بأربع مرات من المغناطيس الذي يزن 12500 طن في كاشف الملف اللولبي المدمج للميونات في مركز سيرن في جنيف ، سويسرا. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

التجربة الرئيسية المقترحة في مرصد INO هي كاشف المسعر الحديدي، الذي يهدف إلى دراسة تأثيرات مادة الأرض على انتشار النيوترينوات الجوية، وتحديد معلمات تذبذب النيوترينو في نطاق التذبذب 2-3. من المخطط أن يكون كاشف ICAL ممغنطًا بوزن 50000 طن، حيث يُستخدم الحديد كعنصر كاشف سلبي، وغرف الألواح المقاومة (RPCs) كعناصر كاشف فعالة. أي أن النيوترينوات ستتفاعل مع الحديد لإنتاج جسيمات الحالة النهائية. من المتوقع أن تكشف غرف الألواح المقاومة جسيمات الحالة النهائية المشحونة، وتسجل إشاراتها، بالإضافة إلى تلك التي تحمل معلومات الموقع والتوقيت، مما يسمح بإعادة بناء مسارات و/أو وابلات النيوترينوات، وبالتالي تحديد طاقة واتجاهات جسيمات الحالة النهائية، وكذلك النيوترينو الساقط.

يعتمد تصميم ICAL في الغالب على كاشف Monolithمن المخطط أن يتألف كاشف ICAL من ثلاث وحدات، كل وحدة منها تحتوي على 151 طبقة من الحديد و150 طبقة من صفائح البلازما القابلة لإعادة التشكيل (RPCs)، مكدسة فوق بعضها البعض. تبلغ أبعاد الكاشف بالكامل 48 مترًا × 16 مترًا × 14.5 مترًا. ونظرًا لحجمه الهائل، سيحتاج الكاشف إلى حوالي 30000 صفيحة زجاجية قابلة لإعادة التشكيل (RPCs) لغرض الكشف عن الجسيمات المشحونة. ولأن ICAL كاشف للنيوترينو، يجب وضعه تحت الأرض لتقليل إشارة الميونات الناتجة عن الأشعة الكونية.

المسافة بين مرصد INO ومرصد CERN قريبة جدًا من "خط الأساس السحري" - وهي مسافة يكون عندها تأثير طور CP على قياس${\displaystyle \theta _{13}}$وهو ضئيل. ^{[ 9 ]} تتمثل الميزة الفيزيائية الرئيسية لـ INO ICAL في قدرتها على قياس التسلسل الهرمي لكتلة النيوترينو من خلال دراسة النيوترينوات الجوية.

تتمثل الأهداف الرئيسية لـ ICAL فيما يلي: ^{[ 10 ]}

1. تحديد دقيق لا لبس فيه لمعلمات تذبذب النيوترينو باستخدام النيوترينوات الجوية.
2. دراسة تأثيرات المادة من خلال تحديد الشحنة الكهربائية، والتي قد تؤدي إلى تحديد الإشارة المجهولة لأحد فروق الكتلة .
3. دراسة اقتران الشحنة وانتهاك تكافؤ الشحنة (CP) في القطاع الليبتوني بالإضافة إلى دراسات محتملة لانتهاك اقتران الشحنة والتكافؤ وانعكاس الزمن (CPT).
4. دراسة أحداث كولار ، والتعرف المحتمل على النيوترينوات ذات الطاقة العالية جداً وأحداث الميونات المتعددة .

على عكس تجربة Monolith، سيحتوي كاشف ICAL على صفائح حديدية بسمك 5.6 سنتيمتر (2.2 بوصة) ككواشف سلبية، مع وجود صفائح زجاجية RPC بينها ككواشف نشطة. 

يوجد نموذج أولي لكاشف ICAL مكون من 14 طبقة، بأبعاد 1 متر × 1 متر × 1 متر، قيد التشغيل بالفعل في مركز VECC في كولكاتا. وقد تم تركيب هذا النموذج الأولي، الذي يزن 35 طنًا، فوق سطح الأرض لتتبع الميونات الكونية. ^{[ 11 ]}

في عام 2008، بدأ المعهد الوطني للفيزياء النووية برنامجًا تدريبيًا للخريجين يؤدي إلى الحصول على درجة الدكتوراه في فيزياء الطاقة العالية لتوفير تدريب متخصص للطلاب في مجالات بناء الكواشف وفيزياء النيوترينو. ^{[ 12 ]}

تم بناء نموذج أولي يُسمى mini-ICAL ، يزن 1/600 من وزن ICAL، لاكتساب الخبرة في بناء مغناطيس كهربائي واسع النطاق، ودراسة أداء الكاشف، واختبار إلكترونيات ICAL في وجود مجالات مغناطيسية هامشية. يتكون هذا الكاشف، الذي تبلغ أبعاده 4 أمتار × 4 أمتار × 1.1 متر، من 11 طبقة حديدية، وتم إدخال 20 وحدة انعكاس ضوئي (RPC) بأبعاد 1.95 متر × 1.92 متر في الفجوات الموجودة بين الطبقات العشر في المنطقة المركزية. يعمل mini-ICAL منذ عام 2018، ويقوم بجمع بيانات الميونات الناتجة عن الأشعة الكونية. ^{[ 13 ]}

تم توقيع مذكرة تفاهم (MoU) تحدد الجوانب التشغيلية للمشروع وآلية استخدام الأموال المتاحة من قبل سبعة شركاء رئيسيين في المشروع: معهد تاتا للأبحاث الأساسية (TIFR)، مومباي، مركز بهابها للأبحاث الذرية (BARC)، مومباي، معهد العلوم الرياضية (IMSc)، تشيناي، معهد ساها للفيزياء النووية (SINP)، كولكاتا، مركز السيكلوترون ذو الطاقة المتغيرة (VECC)، كولكاتا، معهد هاريش تشاندرا للأبحاث (HRI)، الله أباد، ومعهد الفيزياء (IOP)، بوبانسوار . ^{[ 2 ]}

يضم المشروع ثلاثة عشر مشاركًا آخر، من بينهم: جامعة عليكرة الإسلامية ، عليكرة؛ جامعة باناراس الهندوسية ، فاراناسي؛ جامعة كلكتا ، كلكتا؛ جامعة دلهي ، دلهي؛ جامعة هاواي ، هاواي؛ جامعة هيماشال براديش ، شيملا؛ المعهد الهندي للتكنولوجيا، بومباي ، مومباي؛ مركز إنديرا غاندي للأبحاث الذرية ، كالباكام ؛ جامعة شمال البنغال ، سيليجوري؛ جامعة البنجاب ، شانديغار؛ مختبر الأبحاث الفيزيائية ، أحمد آباد؛ مركز سليم علي لعلم الطيور والتاريخ الطبيعي ، تاميل نادو؛ ومعهد مانيبال للتكنولوجيا ، مانيبال.

نوقشت إمكانية إنشاء مرصد للنيوترينو في الهند في وقت مبكر من عام 1989 خلال عدة اجتماعات عُقدت في ذلك العام. وأُثيرت المسألة مجدداً في الاجتماع الأول لفريق عمل فيزياء النيوترينو وعلم الكونيات خلال ورشة عمل ظواهر فيزياء الطاقة العالية (WHEPP-6) التي عُقدت في تشيناي في يناير 2000، وتقرر حينها جمع أفكار عملية لكاشف النيوترينو.

جرت مناقشات إضافية في أغسطس/آب 2000 خلال اجتماع حول فيزياء النيوترينو في معهد ساها للفيزياء النووية في كلكتا، حيث بدأت مجموعة صغيرة من المتحمسين لفيزياء النيوترينو بمناقشة الاحتمالات. وعُقد اجتماع "النيوترينو 2001" في معهد العلوم الرياضية في تشيناي خلال فبراير/شباط 2001 بهدف واضح هو الجمع بين التجريبيين والنظريين في هذا المجال. وتأسس تعاون INO خلال هذا الاجتماع. وعُقد الاجتماع الرسمي الأول لهذا التعاون في معهد تاتا للأبحاث الأساسية في مومباي، خلال يومي 6 و7 سبتمبر/أيلول 2001، حيث شُكّلت مجموعات فرعية مختلفة لدراسة خيارات الكاشف والإلكترونيات، والأهداف الفيزيائية والمحاكاة، ومسح الموقع.

في عام ٢٠٠٢، قُدِّمَت وثيقة إلى وزارة الطاقة الذرية الهندية (DAE) تُحدِّد هدفًا طموحًا يتمثل في إنشاء مرصد للنيوترينو في الهند، وتُوضِّح الأهداف الفيزيائية، والخيارات المُتاحة للكاشف، وخصائصه الفيزيائية. ومنذ ذلك الحين، شهد مجال فيزياء النيوترينو تطوراتٍ جديدةً وسريعةً. ويُعدّ منح جائزة نوبل في الفيزياء (٢٠٠٢) لرواد فيزياء النيوترينو دليلًا على أهمية هذا المجال.

نتيجةً للدعم المُقدّم من مختلف المعاهد البحثية والجامعات والمجتمع العلمي وهيئة الطاقة الذرية، تم إنشاء فريق تعاون النيوترينو (NCG) لدراسة إمكانية إنشاء مرصد نيوترينو في الهند (INO). وتم تكليف هذا الفريق بإجراء دراسات الجدوى التي وفّرت لها هيئة الطاقة الذرية التمويل اللازم. وفي 30 أغسطس/آب 2002، وقّع مديرو المعاهد المشاركة مذكرة تفاهم لضمان سير عمل فريق تعاون النيوترينو بسلاسة خلال فترة دراسة الجدوى. ويهدف الفريق إلى إنشاء مختبر نيوترينو تحت الأرض، بهدف طويل الأمد يتمثل في إجراء تجارب حاسمة في فيزياء النيوترينو، بالإضافة إلى تجارب أخرى تتطلب مثل هذه المنشأة الفريدة تحت الأرض. ^{[ 2 ]}

في 20 نوفمبر/تشرين الثاني 2009، رفض وزير البيئة الهندي، جايرام راميش، في رسالةٍ موجهةٍ إلى أنيل كاكودكار ، سكرتير إدارة الطاقة الذرية ورئيس لجنة الطاقة الذرية الهندية ، منحَ إدارة الطاقة الذرية الإذنَ بإنشاء مشروع مرصد النيوترينو الهندي (INO) في سينغارا بمنطقة نيلغيريس، نظرًا لوقوعه ضمن المنطقة العازلة لمحمية مودومالاي للنمور. وأوضح جايرام راميش أن الوزارة لا تستطيع الموافقة على موقع سينغارا، استنادًا إلى تقرير راجيش غوبال، نائب رئيس حماية الغابات وأمين سر الهيئة الوطنية لحماية النمور. وجاء في التقرير:

يقع موقع المشروع المقترح ضمن المنطقة العازلة لمحمية مودومالاي للنمور، وعلى مقربة من الموائل الأساسية/الحرجة للنمور في محميتي بانديبور ومودومالاي. كما يُعدّ ممرًا للفيلة ، يُسهّل تنقلها بين جبال غاتس الغربية وجبال غاتس الشرقية . وتعاني المنطقة بالفعل من ضغط بيئي شديد نتيجة للمستوطنات البشرية والمنتجعات، وستتضمن مرحلة الإنشاء نقل مواد البناء عبر الطرق السريعة التي تمر بالمنطقة الأساسية لمحميتي بانديبور ومودومالاي للنمور. ^{[ 14 ]}

واقترح بدلاً من ذلك موقعًا بديلاً بالقرب من شلالات سورولي ، في مقاطعة ثيني بولاية تاميل نادو. وقال الوزير إن هذا الموقع لا يطرح نفس المشاكل التي طرحها موقع سينغارا، وأن الموافقات البيئية والحرجية لن تشكل عائقًا كبيرًا. كما أكد لهيئة الطاقة الذرية أن الوزارة ستسهل الحصول على الموافقات اللازمة للموقع البديل. وقال الدكتور نابا ك. موندال، من معهد تاتا للأبحاث الأساسية ، والمتحدث باسم مشروع INO:

"لكن سوروليار تقع أيضًا في منطقة غابات محمية كثيفة، ما يستلزم قطع الأشجار، وهو أمر لم يكن مطلوبًا في سينغارا. هل يمكن للحكومة أن تضمن لنا الحصول على تصريح استخدام الغابات لهذا الموقع؟" يتساءل. "كبديل، يمكننا الانتقال إلى ثيفارام القريبة ، التي تبعد حوالي 20-30 كيلومترًا عن شلالات سوروليار. هذه المنطقة الحرجية لا تحتوي إلا على شجيرات، ولا يوجد بها مصدر مياه، وسيتعين مدّ أنابيب المياه لمسافة 30 كيلومترًا." ^{[ 14 ] [ 15 ]}

في 18 أكتوبر 2010، وافقت وزارة البيئة والغابات على كل من الموافقة البيئية وموافقة الغابات لإنشاء المرصد في محمية غابة بودي ويست هيلز في مقاطعة ثيني بولاية تاميل نادو.

في فبراير 2012، خصصت حكومة ولاية تاميل نادو الأرض لمشروع INO، وبدأت أعمال الحفر على وشك الانطلاق. وصرح نابا ك. موندال، المتحدث الرسمي باسم مشروع INO وعالم بارز في معهد تاتا للأبحاث الأساسية في مومباي، لصحيفة "ذا هندو" بأن الأعمال التحضيرية للمشروع ستبدأ في أبريل 2012، وقد رُصد مبلغ 66 كرور روبية لهذا الغرض. وتتمثل المهمة الأولى في إنشاء طريق يربط بين راسينجابورام وقرية بوتيبورام. ومن المتوقع إنجاز المشروع في عام 2015 بتكلفة تقديرية تبلغ 1500 كرور روبية . ^{[ 7 ] [ 8 ]}

في 18 سبتمبر 2012، أعرب زعيم المعارضة في ولاية كيرالا، في إس أتشوتاناندان ، وهو في الثمانينيات من عمره وعضو اللجنة المركزية للحزب الشيوعي الهندي (الماركسي) ، عن قلقه إزاء إنشاء مرصد للنيوترينو على حدود ثيني-إيدوكي بين ولايتي تاميل نادو وكيرالا، مشيرًا إلى مخاوف بيئية وإشعاعية. ^{[ 16 ]} وسرعان ما أوضحت الجهة المتعاونة مع مرصد النيوترينو الهندي (INO) جميع القضايا التي أثارها، ويمكن الاطلاع على الردود على موقع المرصد الإلكتروني.

في 5 يناير 2015، وافق مجلس الوزراء الاتحادي برئاسة رئيس الوزراء ناريندرا مودي على إنشاء مرصد النيوترينو (INO) في الهند. ^{[ 17 ]}

في 20 فبراير 2015، أصدرت المحكمة الوطنية الخضراء في الجنوب إشعارات إلى الحكومة المركزية وحكومات الولايات بشأن التماس يطعن في الموافقة البيئية الممنوحة لمشروع مرصد النيوترينو (INO) في الهند. ^{[ 18 ]}

في 26 مارس/آذار 2015، أصدرت محكمة مادوراي التابعة لمحكمة مدراس العليا قرارًا بمنع الحكومة المركزية من البدء في أعمال مرصد النيوترينو المقترح في الهند. وأمرت المحكمة الحكومة بالحصول على إذن من مجلس تاميل نادو لمكافحة التلوث قبل البدء في العمل. ^{[ 19 ]} وفي 19 مارس/آذار 2018، نقضت وزارة البيئة (الهند) قرار المحكمة الوطنية الخضراء . ^{[ 20 ]}

خلال هذه العملية، احتجّ سكان قرية بوتيبورام بانشايات على المرصد المقترح تحت راية "أصدقاء الأرض". وأعرب متحدث باسم المنظمة عن قلقه إزاء مئات الآلاف من الأطنان من الصخور التي ستُفجّر داخل الجبل لإنشاء المرصد، لما ينطوي عليه ذلك من احتمالية حدوث زلازل أرضية. كما أعرب عن مخاوفه بشأن الإشعاع المحتمل من المشروع والضرر العام الذي قد يلحق بالنظام البيئي. ^{[ 21 ]} وفي يناير/كانون الثاني 2020، أصدر سكان بوتيبورام قرارًا برفض بناء مرصد غاتس الوطني الهندي في منطقتهم، مشيرين إلى احتمالية حدوث أضرار بيئية في جبال غاتس الغربية. ^{[ 22 ]}

اعتبارًا من يوليو 2021لم يبدأ بناء مشروع INO بعد، ويُوصف المشروع بأنه "متوقف". تم وضع خطط المنشأة والأجهزة التجريبية، واختيار موقع لتنفيذ المشروع، واقتراح ميزانية، إلا أن الحصول على تصريح لبدء البناء الفعلي في الموقع المختار بقرية بوتيبورام في ولاية تاميل نادو لم يُكلل بالنجاح، وذلك بسبب معارضة سكان القرية المحليين، والمسؤولين الحكوميين، والأهم من ذلك، دعاة حماية البيئة والهيئات البيئية الحكومية؛ إذ يتطلب بدء البناء موافقة الهيئات البيئية. في الواقع، في 17 يونيو 2021، التقى رئيس وزراء ولاية تاميل نادو، إم كي ستالين، برئيس الوزراء ناريندرا مودي ، واقترح تأجيل مشروع INO أو نقله إلى مكان آخر. استند اقتراح ستالين إلى نصيحة إدارة الغابات والبيئة في ولاية تاميل نادو. لا توجد معلومات حول موعد بدء البناء، أو حتى ما إذا كان المشروع سيُنفذ أصلاً. ومع ذلك، تواصل الجهة المنظمة للمشروع، أي التعاون مع INO، السعي وراءه. كتب علماء المرصد الوطني الأيرلندي، إلى جانب علماء بارزين آخرين، ردًا على السيد ستالين، مطالبين ببناء المرصد في أقرب وقت ممكن. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

في عام 2022، قدمت حكومة ولاية تاميل نادو إفادة خطية إلى المحكمة العليا في الهند تطالب فيها الحكومة الاتحادية (أي الحكومة الوطنية الهندية) بإلغاء مشروع مرصد النيوترينو الهندي (INO). كما أشار البعض إلى أن مشروع INO بدأ يفقد جدواه مع تفوق تجارب النيوترينو الأخرى (بعضها تم إنجازه وبعضها الآخر لا يزال قيد التطوير أو التخطيط) عليه من حيث إمكانية الاكتشاف. ^{[ 25 ]} وقدّم مؤيدو مشروع INO، بمن فيهم الحكومة الاتحادية، حججهم الخاصة لدعم المشروع إلى المحكمة العليا في الهند، وفي عام 2022^{[ 26 ]} يستمر الجدل بين مؤيدي ومعارضي مشروع INO في المحكمة العليا، ولم يتم البدء بأي أعمال بناء في الموقع.

• فايكو: مشروع سكراب ثيني للنيوترينو
• الصفحة الرسمية لمرصد النيوترينو في الهند
• سؤال علمي على قناة راجيا سابها التلفزيونية
• معرض الصور على موقع INO Singara
• صفحة INO في معهد العلوم الطبية
• صفحة تحالف NBR على مرصد النيوترينو في الهند
• الصفحة الرسمية لمرصد النيوترينو في الهند (تم التحديث في يونيو 2021)

9°57′20″ شمالاً 77°17′01″ شرقاً / 9.95556° شمالاً 77.28361° شرقاً / 9.95556; 77.28361