مصنع النيوترينو

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

مصنع النيوترينو هو نوع من مجمعات مسرعات الجسيمات المقترحة ، ويهدف إلى قياس خصائص النيوترينوات بدقة ، وهي جسيمات أساسية ذات تفاعل ضعيف للغاية ، قادرة على السفر في خطوط مستقيمة عبر المادة العادية لآلاف الكيلومترات. ويُفترض أن يكون مصدر النيوترينوات هو تحلل الميونات المتسارعة في أقسام مستقيمة من حلقة تخزين. وتتشابه التحديات التقنية المحيطة بهذه المشاريع إلى حد كبير مع تلك المتعلقة بمصادم الميونات .

وظيفة

يقوم مصنع النيوترينوات بتوليد حزمة مركزة من النيوترينوات في موقع واحد على سطح الأرض ، ثم يطلقها نحو الأسفل، على الأرجح في حزمتين تنبعثان في اتجاهين مختلفين من حلقة تخزين الميونات تحت الأرض على شكل مضمار سباق ، إلى أن تعود الحزمتان للظهور في نقاط أخرى. ومن الأمثلة على ذلك مجمع في المملكة المتحدة يرسل حزمًا إلى اليابان (انظر سوبر كاميوكاندي ) وإيطاليا ( LNGS ). تُدرس خصائص النيوترينوات في المواقع البعيدة لتحديد كيفية تطورها بمرور الوقت، مما يوفر معلومات حول كتلها وخصائص تفاعلها الضعيف . [ 1 ]

المشروع حاليًا في مرحلة التصميم المفاهيمي. أُنجزت دراسة استطلاعية دولية في عام ٢٠٠٧، وتبع ذلك جهد دولي لكتابة تقرير تصميم [ ٢ ] ألهم العديد من المفاهيم التجريبية اللاحقة. [ ٣ ] [ ٤ ]

يجري تطوير العديد من التقنيات الجديدة لهذا النوع من التجارب، بما في ذلك استخدام نفاثات المعادن السائلة كهدف لإنتاج البيونات، والتي تخضع للاختبار في "تجربة ميريت" . سيرن .، استخدام مسرعات التدرج المتناوب للمجال الثابت (FFAG) ، قيد الاختبار في تجربة EMMA، وتجاويف تقليل طاقة الهيدروجين السائل لتقليل التباعد في حزمة الميون خلال المراحل الوسيطة.

الأهداف العلمية

حتى تسعينيات القرن الماضي، كان يُفترض أن النيوترينوات عديمة الكتلة، لكن النتائج التجريبية من عمليات البحث عن النيوترينوات الشمسية (تلك التي تنتج في لب الشمس ) وغيرها تتعارض مع هذا الافتراض، وبالتالي تشير إلى أن النيوترينو له كتلة صغيرة جدًا (انظر مشكلة النيوترينو الشمسي ).

من خلال إنتاج حزمة مكثفة من نيوترينوات الميون والإلكترون ، فإن هذه المسرعات ستمكن من تحقيق تقدم كبير في دراسة النيوترينوات وتفاعلاتها، وستتيح ما يلي: [ 5 ]

  • دراسات عالية الدقة لمعلمات تذبذب النيوترينو (وخاصة تلك المتعلقة بنيوترينوات الإلكترون).

الجهود التصميمية المرتبطة بها

دراسة تصميم دولية

تهدف دراسة التصميم الدولية إلى تقديم تقرير تصميم لمصنع النيوترينو يتضمن تفاصيل الأداء الفيزيائي والجدول الزمني والتكاليف بحلول عام 2012. وستشمل الدراسة مساهمات من جميع المناطق في تقرير تصميم مرجعي موحد. [ 6 ]

مصنع النيوترينو في المملكة المتحدة

توجد مجموعة مصنع النيوترينو في المملكة المتحدة. [ 7 ] [ 8 ]

برنامج تسريع الميونات الأمريكي

في عام 2010، وحّد برنامج مسرّع الميونات (MAP) [ 9 ] دعم وزارة الطاقة الأمريكية لأبحاث مصادمات الميونات ومصانع النيوترينو. (يتضمن كلا المشروعين إنتاج الميونات وتخزينها في حلقة تخزين، لذا كان هناك تداخل كبير بينهما). يُعدّ مشروع مصادم الميونات أكثر طموحًا من مشروع مصنع النيوترينو. ففي مصادم الميونات، ستُدخَل الميونات في حلقة تصادم عالية الطاقة، بهدف الوصول إلى تركيزات طاقة أعلى حتى من تركيزات مصادم الهادرونات الكبير (LHC) (الذي أُجريت أولى تصادماته في عام 2010)، أو ربما حتى من تركيزات طاقة تجارب التعاون في المصادم الخطي (LCC) (التي لم يكتمل تصميمها حتى عام 2019).

مجموعة النيوترينو الأوروبية

أجرى مركز سيرن دراسة تصميمية قبل بضع سنوات، قبل أن ينتقل الجهد إلى مصادم الهادرونات الكبير . وتستمر الأنشطة في أوروبا من خلال الاجتماعات والمشاركة في التجارب والتعاونات الدولية.

التصميم الياباني

يعتمد هذا على نوع غير مألوف من المُسرِّعات يُسمى مُسرِّع المجال الثابت ذي التدرج المتناوب (FFAG)، والذي يجمع بين عناصر من مُسرِّعات السيكلوترون التي تعود إلى خمسينيات القرن الماضي وعمليات تصميم المغناطيس الآلية الحديثة، بالإضافة إلى فجوات تسريع الترددات الراديوية المصنوعة من سبائك مغناطيسية جديدة. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في أن المجالات المغناطيسية ثابتة ولا تتطلب أي مزامنة مع الحزمة، ومع ذلك، تتحرك الحزمة بشكل طبيعي إلى مناطق ذات مجال أعلى مع ازدياد طاقتها، مما يسمح بتسريع سريع للغاية دون الصعوبات الموجودة في مُسرِّعات السنكروترون ذات الدورات السريعة جدًا . [ 10 ] [ 11 ]

نيوستورم

مشروع nuSTORM ( النيوترينوات من الميونات المخزنة ) هو منشأة مقترحة ذات خط أساس قصير، ستحقن ميونات بطاقة تتراوح بين 1 و6 جيجا إلكترون فولت/ ثانية في حلقة تخزين على شكل مضمار سباق. توفر النيوترينوات الناتجة عن اضمحلال الميونات تدفقًا وطيف طاقة معروفًا بدقة ≲1  %، مما يتيح ما يلي:

  • قياسات المقطع العرضي ν-النواة على مستوى النسبة المئوية ذات الصلة بتجارب الخط الأساسي الطويل مثل DUNE و Hyper-K.
  • عمليات بحث دقيقة عن النيوترينوات العقيمة، و
  • اختبار على مستوى النظام للمكونات المطلوبة لمصنع نيوترينو كامل. [ 12 ] [ 13 ]

أُجريت دراسات مفاهيمية في كل من سيرن وفيرميلاب ، مما جعل مشروع nuSTORM الخطوة الأولى على مسار البحث والتطوير نحو مصادم الميونات عالي الطاقة. [ 14 ] [ 15 ]

LEnuSTORM، الخيار منخفض الطاقة

كجزء من برنامج ESSνSB+، يعمل الفريق على تطوير مفهوم **Low-Energy nuSTORM (LEnuSTORM)** الذي من شأنه تخزين الميونات ذات طاقة p ≈ 0.6 GeV/c، مما ينتج عنه نيوترينوات في نطاق 0.2–0.6 GeV. هذا الشعاع من شأنه: [ 16 ]

  • توفير قياسات المقطع العرضي لتفاعل النيوترينو مع النواة بنسبة مئوية تحدد المعايير المنهجية السائدة للبحث عن انتهاك تناظر الشحنة الزوجية في مشروع ESSνSB.
  • توفير قناة نظيفة لدراسات النيوترينو العقيم على نطاق الإلكترون فولت، و
  • عرض الأنظمة الفرعية الرئيسية لمنشأة مستقبلية تعتمد على الميونات بتكلفة وتعقيد أقل.

[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

قائمة مسرعات النيوترينو

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "الصفحة الرئيسية/معلومات عامة" . ويكي IDS.
  2. ↑ تشوبي، س.؛ غاندي، ر.؛ غوسوامي، س.؛ بيرغ، ج.س.؛ فيرناو، ر.؛ غاياردو، ج.س.؛ غوبتا، ر.؛ كيرك، هـ.؛ سيموس، ن. (2011-10-01). تقرير التصميم المؤقت للدراسة الدولية لتصميم مصنع نيوترينو (تقرير). مختبر فيرمي الوطني للمسرعات (FNAL)، باتافيا، إلينوي (الولايات المتحدة). OSTI 1029650 . 
  3. ↑ باوسان، إي.؛ بلينو، م.؛ بوغوميلوف، م.؛ بوكيريل، إي.؛ كاريتا، أو.؛ ​​سيدركيل، ج.؛ كريستيانسن، ب.؛ كولوما، ب.؛ كوبيال، ب.؛ داناريد، هـ.؛ دافين، ت.؛ دينشام، س.؛ دراكوس، م.؛ إيكيلوف، ت.؛ إشراقي، م. (2014). "تجربة حزمة نيوترينو فائقة الكثافة لاكتشاف انتهاك تناظر الشحنة الزوجية (CP) في الجسيمات الليبتونية باستخدام مسرع الجسيمات الخطي الأوروبي". الفيزياء النووية ب . 885 : 127-149 . arXiv : 1309.7022 . Bibcode : 2014NuPhB.885..127B . doi : 10.1016/j.nuclphysb.2014.05.016 . ISSN 0550-3213 . 
  4. ↑ ديلاهاي، جيه.-بي.؛ أنكينبراندت، سي إم؛ بوغاز، إس إيه؛ هوبر، بي.؛ كيرك، إتش جي؛ نويفر، دي.؛ بالمر، إم إيه؛ راين، آر.؛ سنوبوك، بي في (2018). "مفهوم مصنع نيوترينو NuMAX ذي الخط الأساسي الطويل". مجلة الأجهزة . 13 (6) T06003. arXiv : 1803.07431 . Bibcode : 2018JInst..13.6003D . doi : 10.1088/1748-0221/13/06/T06003 . ISSN 1748-0221 . 
  5. ^ بوجاكز ، اليكس. بردار، فيدران؛ بروس، آلان. دي جوفيا، أندريه؛ ديلاهاي، جان بيير؛ هوبر، باتريك. هوسترت، ماتيوس؛ كيلي، كيفن ج. طويل، كين؛ بالمر، مارك؛ باسترناك، J.؛ روجرز، كريس. التبريزي، الزهراء (2022). “حالة الفيزياء لمصنع النيوترينو”. أرخايف : 2203.08094 [ التهاب الكبد الوبائي ].
  6. ↑ "دراسة التصميم الدولية" .
  7. ↑ "الصفحة الرئيسية لمصنع النيوترينو في المملكة المتحدة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25-03-2005 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-05-2005 .
  8. ↑ "مشروع الحوسبة الموزعة MUON1 لأعمال التصميم على الجهاز البريطاني" .
  9. ↑ "برنامج مسرع الميون (MAP)" . fnal.gov . مختبر فيرمي . 20 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 مايو 2019 .
  10. ↑ "الصفحة الرئيسية" . اليابان: مُسرِّع ذو مجال ثابت وتدرج متناوب. مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 أبريل 2005. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 مايو 2005 .
  11. ↑ "أبحاث النيوترينو في مركز كيك" . تسوكوبا، إيباراكي، اليابان: منظمة أبحاث مسرعات الطاقة العالية، مركز كيك. مؤرشف من الأصل بتاريخ 9 يوليو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أكتوبر 2019 .
  12. ↑ أدي (2013). "nuSTORM - النيوترينوات من الميونات المخزنة: اقتراح إلى لجنة الفيزياء في فيرميلاب". arXiv : 1308.6822 [ physics.acc-ph ].
  13. ^ ألفاريز روسو، إل. تشانغ، دبليو؛ فرانكلين، J.؛ هوبسون، العلاقات العامة؛ يورج، بي بي؛ كاماث، ر. كيبيرد، P .؛ لو، العاشر. لونج، ك؛ باساري، د.؛ ريكياردي، S .؛ تيرنر، J.؛ فوجياتزي، أ. (2025). “النيوترينوات من الميونات المخزنة (NuSTORM)”. أرخايف : 2505.06137 [ التهاب الكبد السابق ].
  14. ↑ "دراسة nuSTORM – PBC" . CERN PBC . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 يونيو 2026 .
  15. ↑ يورج، بول (2025). "نوستورم: فيزياء النيوترينو على طريق مصادم الميونات". وقائع المؤتمر الدولي الثاني والأربعين لفيزياء الطاقة العالية - PoS (ICHEP2024) . ص 825. doi : 10.22323/1.476.0825 . 
  16. ↑ فانوراكيس، جورج (2026-01-22). "مشروع ESSnuSB-plus (ESSnuSB+): الوضع الحالي والآفاق المستقبلية". arXiv : 2601.15826 [ hep-ex ].
  17. ↑ تولبا (2023). "مفهوم محطة الهدف لمشروع LEnuSTORM ضمن ESSνSB+" . منتدى العلوم الفيزيائية . 8 : 57. doi : 10.3390/psf2023008057 .
  18. ↑ فانوراكيس، ج. (2025). "حالة ESSνSB". arXiv : 2501.12297 [ hep-ex ].
  19. ↑ إيكيلوف، تورد يوهان كارل (2022). "تحديثات تصميم ESSnuSB ليشمل منشأة nuSTORM ومنشأة اختبار مجمع بروتونات مصادم الميون". وقائع ورشة العمل الدولية الثانية والعشرين حول النيوترينوات من المسرعات - PoS(NuFact2021) . ص 20. doi : 10.22323/1.402.0020 .