كاشف النيوترينو

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
الجزء الداخلي من كاشف النيوترينو MiniBooNE

كاشف النيوترينو هو جهاز فيزيائي مصمم لدراسة النيوترينوات . ولأن تفاعل النيوترينوات مع جسيمات المادة الأخرى ضعيف، يجب أن تكون كواشف النيوترينو ضخمة جدًا لرصد عدد كبير منها. غالبًا ما تُبنى هذه الكواشف تحت الأرض لعزلها عن الأشعة الكونية والإشعاعات الخلفية الأخرى. [ 1 ] لا يزال مجال علم فلك النيوترينو في مراحله الأولى ، إذ تُعدّ المصادر خارج الأرض المؤكدة الوحيدة حتى عام 2018الشمس والمستعر الأعظم 1987A في سحابة ماجلان الكبرى القريبة . مصدر محتمل آخر (بثلاثة انحرافات معيارية ) [ 2 ] هو البلازار TXS 0506+056 الذي يبعد حوالي 3.7 مليار سنة ضوئية. ستمنح مراصد النيوترينو علماء الفلك "رؤى جديدة لدراسة الكون". [ 3 ]

استُخدمت طرق كشف متنوعة. يُعدّ جهاز سوبر كاميوكاندي عبارة عن حجم كبير من الماء محاط بأنابيب ضوئية ترصد إشعاع تشيرينكوف المنبعث عندما يُحدث نيوترينو وارد إلكترونًا أو ميونًا في الماء. كان مرصد سادبري للنيوترينو مشابهًا، لكنه استخدم الماء الثقيل كوسيط للكشف. وتتكون أجهزة كشف أخرى من أحجام كبيرة من الكلور أو الغاليوم ، والتي تُفحص دوريًا بحثًا عن فائض من الأرجون أو الجرمانيوم ، على التوالي، الناتج عن تفاعل النيوترينوات مع المادة الأصلية. استخدم جهاز مينوس وميضًا بلاستيكيًا صلبًا يُرصد بواسطة أنابيب ضوئية؛ ويستخدم جهاز بوريكسينو وميضًا سائلًا من البسودوكومين يُرصد أيضًا بواسطة أنابيب ضوئية؛ ويستخدم كاشف NOνA وميضًا سائلًا يُرصد بواسطة ثنائيات ضوئية انهيارية .

إن الكشف الصوتي المقترح عن النيوترينوات عبر التأثير الحراري الصوتي هو موضوع دراسات مخصصة أجرتها فرق التعاون ANTARES و IceCube و KM3NeT .

نظرية

النيوترينوات موجودة في كل مكان في الطبيعة: ففي كل ثانية، تمر عشرات المليارات منها عبر كل سنتيمتر مربع من أجسامنا دون أن نلاحظ ذلك. [ 4 ] [ أ ] وقد تشكل الكثير منها خلال الانفجار العظيم ، بينما يتولد البعض الآخر من التفاعلات النووية داخل النجوم والكواكب، ومن عمليات أخرى بين النجوم. [ 5 ] ووفقًا لتكهنات العلماء، قد ينشأ بعضها أيضًا من أحداث في الكون مثل "اصطدام الثقوب السوداء، وانفجارات أشعة غاما من النجوم المتفجرة، و/أو أحداث عنيفة في مراكز المجرات البعيدة". [ 6 ] [ ب ]

على الرغم من شيوعها، يصعب للغاية رصد النيوترينوات نظرًا لكتلتها المنخفضة وانعدام شحنتها الكهربائية. وخلافًا للجسيمات الأخرى، تتفاعل النيوترينوات فقط عبر الجاذبية والتفاعل الضعيف . ونادرًا ما تشارك في نوعين من التفاعلات الضعيفة: التيار المحايد (الذي يتضمن تبادل بوزون Z  ويؤدي فقط إلى انحراف) والتيار المشحون (الذي يتضمن تبادل بوزون W  ويؤدي إلى تحول النيوترينو إلى ليبتون مشحون : إلكترون ، أو ميون ، أو تاوون ، أو أحد جسيماتها المضادة، إذا كان نيوترينو مضادًا). ​​ووفقًا لقوانين الفيزياء، يجب أن تمتلك النيوترينوات كتلة، ولكنها ضئيلة جدًا - ربما أقل من جزء من مليون من كتلة الإلكترون [ 1 ] - لذا فقد ثبت حتى الآن أن قوة الجاذبية الناتجة عن النيوترينوات ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن رصدها، مما يجعل التفاعل الضعيف الطريقة الرئيسية لرصدها.

التيار المحايد
في تفاعل التيار المحايد ، يدخل النيوترينو الكاشف ثم يغادره بعد أن ينقل جزءًا من طاقته وزخمه إلى جسيم "مستهدف". إذا كان الجسيم المستهدف مشحونًا وخفيف الوزن بما يكفي (مثل الإلكترون)، فقد يتسارع إلى سرعة نسبية، وبالتالي يُصدر إشعاع تشيرينكوف ، الذي يمكن رصده مباشرةً. يمكن لجميع أنواع النيوترينو الثلاثة (الإلكتروني، والميوني، والتاووني) أن تشارك في هذا التفاعل ، بغض النظر عن طاقة النيوترينو. مع ذلك، لا تُنقل أي معلومات عن نوع النيوترينو إلى الكاشف.
التيار المشحون
في تفاعل التيار المشحون ، يتحول النيوترينو عالي الطاقة إلى الليبتون المقابل له ( إلكترون ، أو ميون ، أو تاوون ). [ 7 ] مع ذلك، إذا لم يمتلك النيوترينو طاقة كافية لتكوين كتلة الليبتون المقابل له، فإن تفاعل التيار المشحون يصبح غير متاح له فعليًا. تمتلك النيوترينوات القادمة من الشمس والمفاعلات النووية طاقة كافية لتكوين الإلكترونات. كما يمكن لمعظم حزم النيوترينوات المُنتجة في المُسرّعات تكوين الميونات ، وقليل منها فقط قادر على تكوين التاوونات . يستطيع الكاشف القادر على التمييز بين هذه الليبتونات تحديد نوع النيوترينو الساقط على تفاعل التيار المشحون؛ ولأن التفاعل يتضمن تبادل بوزون W  ، فإن الجسيم "الهدف" يتغير أيضًا (مثلًا، نيوترون ← بروتون ).

تقنيات الكشف

المواد الوميضية

تم رصد النيوترينوات المضادة لأول مرة بالقرب من مفاعل سافانا ريفر النووي بواسطة تجربة كوان-راينز للنيوترينو عام 1956. استخدم فريدريك راينز وكلايد كوان هدفين يحتويان على محلول من كلوريد الكادميوم في الماء. وُضع كاشفان وميضيان بجوار الهدفين المائيين. تسببت النيوترينوات المضادة ذات الطاقة التي تتجاوز عتبة 1.8 ميغا إلكترون فولت في تفاعلات " تحلل بيتا العكسي " للتيار المشحون مع البروتونات في الماء، مما أنتج بوزيترونات ونيوترونات. تتلاشى البوزيترونات الناتجة مع الإلكترونات، مُكَوِّنةً أزواجًا من الفوتونات المتزامنة بطاقة تقارب 0.5 ميغا إلكترون فولت لكل منها، والتي يمكن رصدها بواسطة الكاشفين الوميضيين أعلى وأسفل الهدف. تم التقاط النيوترونات بواسطة نوى الكادميوم، مما أدى إلى أشعة غاما متأخرة بطاقة تقارب 8 ميغا إلكترون فولت، والتي تم رصدها بعد بضع ميكروثوانٍ من رصد الفوتونات الناتجة عن حدث تلاشي البوزيترون.

صُممت هذه التجربة من قِبل كوان وراينز لإعطاء بصمة فريدة للنيوترينوات المضادة، لإثبات وجود هذه الجسيمات. لم يكن الهدف التجريبي قياس التدفق الكلي للنيوترينوات المضادة . ولذلك، حملت جميع النيوترينوات المضادة المكتشفة طاقة أكبر من 1.8 ميغا إلكترون فولت، وهي عتبة قناة التفاعل المستخدمة (1.8 ميغا إلكترون فولت هي الطاقة اللازمة لإنتاج بوزيترون ونيوترون من بروتون). حوالي 3% فقط من النيوترينوات المضادة المنبعثة من مفاعل نووي تحمل طاقة كافية لحدوث التفاعل.

استخدم كاشف كام لاند، الذي بُني مؤخرًا وكان أكبر حجمًا، تقنيات مماثلة لدراسة تذبذبات النيوترينوات المضادة المنبعثة من 53 محطة طاقة نووية يابانية. في المقابل، تمكن كاشف بوريكسينو، الأصغر حجمًا ولكنه أكثر نقاءً إشعاعيًا ، من قياس أهم مكونات طيف النيوترينوات القادمة من الشمس، بالإضافة إلى النيوترينوات المضادة القادمة من الأرض والمفاعلات النووية.

تستخدم تجربة SNO + ألكيل بنزين الخطي كمادة وميض سائلة، [ 8 ] على عكس مرصد سودبري للنيوترينو السابق الذي استخدم الماء الثقيل واكتشف ضوء تشيرينكوف (انظر أدناه).

الطرق الكيميائية الإشعاعية

تعتمد أجهزة الكشف عن الكلور، وفقًا للطريقة التي اقترحها برونو بونتيكورفو ، على خزان مملوء بسائل يحتوي على الكلور، مثل رباعي كلورو الإيثيلين . يقوم النيوترينو أحيانًا بتحويل ذرة كلور -37 إلى ذرة أرجون -37 عبر تفاعل التيار المشحون. تبلغ طاقة عتبة النيوترينو لهذا التفاعل 0.814  ميغا إلكترون فولت. يُنقى السائل دوريًا بغاز الهيليوم لإزالة الأرجون. ثم يُبرد الهيليوم لفصل الأرجون، وتُحسب ذرات الأرجون بناءً على اضمحلالها الإشعاعي الناتج عن التقاط الإلكترون . كان جهاز الكشف عن الكلور في منجم هومستيك السابق بالقرب من ليد، داكوتا الجنوبية ، والذي يحتوي على 520 طنًا قصيرًا (470 طنًا متريًا ) من السائل، أول جهاز يكشف عن النيوترينوات الشمسية، وقام بأول قياس لنقص نيوترينوات الإلكترون القادمة من الشمس (انظر مشكلة النيوترينو الشمسي ).  

 يستخدم تصميم كاشف مشابه، ذو عتبة كشف أقل بكثير تبلغ 0.233 ميغا إلكترون فولت، تحويل الغاليوم (Ga) إلى الجرمانيوم (Ge) ، وهو حساس للنيوترينوات منخفضة الطاقة. يتفاعل النيوترينو مع ذرة من الغاليوم-71، محولًا إياها إلى ذرة من النظير غير المستقر الجرمانيوم-71. ثم يُستخلص الجرمانيوم كيميائيًا ويُركّز. وبذلك، تُكشف النيوترينوات بقياس الاضمحلال الإشعاعي للجرمانيوم.

تُعرف هذه الطريقة الأخيرة باسم تقنية " الألزاس واللورين " في إشارة ساخرة إلى سلسلة تفاعلات Ga → Ge → Ga . [ c ]

استخدمت تجربة SAGE في روسيا حوالي 50 طنًا من الغاليوم ، بينما استخدمت تجارب GALLEX / GNO في إيطاليا حوالي 30 طنًا من الغاليوم كمادة تفاعل. ونظرًا لارتفاع سعر الغاليوم، يصعب إجراء هذه التجربة على نطاق واسع. ولذلك ، اتجهت التجارب الأكبر حجمًا إلى استخدام مادة تفاعل أقل تكلفة.  

لا تُعد طرق الكشف الإشعاعي الكيميائي مفيدة إلا لحساب النيوترينوات؛ فهي لا توفر أي معلومات تقريبًا عن طاقة النيوترينو أو اتجاه حركته.

كاشفات تشيرينكوف

تستفيد كواشف تشيرينكوف "ذات التصوير الحلقي" من ظاهرة تُسمى ضوء تشيرينكوف . يُنتج إشعاع تشيرينكوف عندما تتحرك جسيمات مشحونة، مثل الإلكترونات أو الميونات، عبر وسط كاشف معين بسرعة تفوق سرعة الضوء في ذلك الوسط . في كاشف تشيرينكوف، يُحاط حجم كبير من مادة شفافة، كالماء أو الجليد، بأنابيب مضاعفة ضوئية حساسة للضوء . يتحرك الليبتون المشحون، المُنتج بطاقة كافية، عبر هذا الكاشف بسرعة تفوق سرعة الضوء في وسط الكاشف (وإن كانت أبطأ قليلاً من سرعة الضوء في الفراغ ). يُولد الليبتون المشحون "موجة صدمة ضوئية" مرئية من إشعاع تشيرينكوف . ترصد الأنابيب المضاعفة الضوئية هذا الإشعاع، فيظهر على شكل نمط حلقي مميز في مصفوفة الأنابيب. بما أن النيوترينوات يمكن أن تتفاعل مع النوى الذرية لإنتاج ليبتونات مشحونة تصدر إشعاع تشيرينكوف، يمكن استخدام هذا النمط لاستنتاج معلومات الاتجاه والطاقة (وأحيانًا) النكهة حول النيوترينوات الساقطة.

رصد كاشفان مملوءان بالماء من هذا النوع ( كاميوكاندي و IMB ) انفجارًا للنيوترينوات من المستعر الأعظم SN 1987A . [ 9 ] [ د ] رصد العلماء 19  نيوترينوًا من انفجار نجم داخل سحابة ماجلان الكبرى - 19 نيوترينو فقط من أصل 10⁵⁷ نيوترينوًا انبعثت من المستعر الأعظم. [ 1 ] [ هـ ] تمكن كاشف كاميوكاندي من رصد انفجار النيوترينوات المرتبط بهذا المستعر الأعظم، وفي عام 1988 استُخدم لتأكيد إنتاج النيوترينوات الشمسية بشكل مباشر. يُعدّ كاشف سوبر كاميوكاندي المملوء بالماء أكبر هذه الكواشف . يستخدم هذا الكاشف 50,000  طن من الماء النقي محاطة بـ 11,000  أنبوب مضاعف ضوئي مدفون على  عمق كيلومتر واحد تحت الأرض.

استخدم مرصد سودبري للنيوترينو (SNO) ألف طن من  الماء الثقيل فائق النقاء، موضوعة في  وعاء قطره 12 مترًا مصنوع من البلاستيك الأكريليكي، ومحاطة بأسطوانة من الماء العادي فائق النقاء  قطرها 22 مترًا وارتفاعها 34  مترًا. [ 7 ] [ و ] بالإضافة إلى تفاعلات النيوترينو المرئية في كاشف الماء العادي، يمكن للنيوترينو أن يُفكك ذرة الديوتيريوم في الماء الثقيل. ثم يُلتقط النيوترون الحر الناتج، مُطلقًا دفقة من أشعة غاما التي يمكن رصدها. وتشارك جميع أنواع النيوترينو الثلاثة بالتساوي في تفاعل التفكك هذا.

يستخدم كاشف MiniBooNE الزيت المعدني النقي كوسيط للكشف . يُعد الزيت المعدني مادةً وميضية طبيعية ، لذا فإن الجسيمات المشحونة التي لا تملك طاقة كافية لإنتاج ضوء تشيرينكوف تُنتج ضوءًا وميضيًا. ويمكن الكشف عن الميونات والبروتونات منخفضة الطاقة، غير المرئية في الماء. ومن هنا برز استخدام البيئة الطبيعية كوسيط للقياس.

بما أن تدفق النيوترينوات الواصلة إلى الأرض يتناقص مع ازدياد الطاقة، فلا بد من زيادة حجم كواشف النيوترينوات أيضًا. [ 10 ] ورغم أن بناء كاشف مكعب الشكل بحجم كيلومتر تحت الأرض مغطى بآلاف المضاعفات الضوئية سيكون مكلفًا للغاية، إلا أنه يمكن تحقيق أحجام كشف بهذا الحجم عن طريق تركيب مصفوفات كواشف تشيرينكوف في أعماق المياه الطبيعية أو التكوينات الجليدية الموجودة، مع مزايا أخرى عديدة. أولًا، تحمي مئات الأمتار من الماء أو الجليد الكاشف جزئيًا من الميونات الجوية. ثانيًا، تتميز هذه البيئات بالشفافية والظلام، وهما معياران أساسيان لكشف ضوء تشيرينكوف الخافت . عمليًا، وبسبب تحلل البوتاسيوم-40 ، حتى الأعماق ليست مظلمة تمامًا، لذا يجب استخدام هذا التحلل كخط أساس. [ 11 ]

رسم توضيحي لكاشف النيوترينو Antares الذي تم نشره تحت الماء.

يقع تلسكوب أنتاريس (علم الفلك باستخدام تلسكوب النيوترينو وأبحاث البيئة في أعماق البحار) على عمق حوالي 2.5  كيلومتر في البحر الأبيض المتوسط ، وهو يعمل بكامل طاقته منذ 30 مايو 2008. يتكون هذا التلسكوب من مصفوفة تضم 12 سلسلة كاشفة رأسية منفصلة، ​​طول كل منها 350 مترًا ، تفصل بينها مسافة 70 مترًا، وتحتوي كل سلسلة على 75 وحدة بصرية مضاعفة ضوئيًا . يستخدم هذا الكاشف مياه البحر المحيطة كوسيط للكشف. سيبلغ الحجم الإجمالي لتلسكوب النيوترينو في أعماق البحار من الجيل التالي، KM3NeT ، حوالي 5 كيلومترات مكعبة . سيتم توزيع الكاشف على ثلاثة مواقع تركيب في البحر الأبيض المتوسط. بدأ تنفيذ المرحلة الأولى من التلسكوب في عام 2013.     

عملت مصفوفة كاشف الميونات والنيوترينوات في القطب الجنوبي (AMANDA) من عام 1996 إلى عام 2004. استخدم هذا الكاشف أنابيب مضاعفة ضوئية مثبتة في سلاسل مدفونة على عمق كبير (1.5-2  كم) داخل الجليد الجليدي في القطب الجنوبي . الجليد نفسه هو وسط الكاشف. يتم تحديد اتجاه النيوترينوات الساقطة عن طريق تسجيل وقت وصول كل فوتون على حدة باستخدام مصفوفة ثلاثية الأبعاد من وحدات الكاشف، تحتوي كل منها على أنبوب مضاعف ضوئي واحد. تتيح هذه الطريقة الكشف عن النيوترينوات التي تزيد طاقتها عن 50  جيجا إلكترون فولت بدقة مكانية تبلغ حوالي درجتين . استُخدمت AMANDA لإنشاء خرائط للنيوترينوات في سماء نصف الكرة الشمالي للبحث عن مصادر نيوترينوات خارج الأرض وعن المادة المظلمة . تم تطوير AMANDA لاحقًا لتصبح مرصد IceCube ، مما أدى في النهاية إلى زيادة حجم مصفوفة الكاشف إلى كيلومتر مكعب واحد. [ 12 ] يقع مسبار آيس كيوب في أعماق القطب الجنوبي، داخل كيلومتر مكعب من الجليد القديم الصافي تمامًا والخالي من الفقاعات. ومثل مسبار أماندا، يعتمد على رصد ومضات الضوء المنبعثة في الحالات النادرة للغاية التي يتفاعل فيها النيوترينو مع ذرة من الجليد أو الماء. [ 12 ] 

أجهزة الكشف عن الراديو

يستخدم مشروع تجربة تشيرينكوف الجليدي الراديوي هوائيات لرصد إشعاع تشيرينكوف الناتج عن النيوترينوات عالية الطاقة في القارة القطبية الجنوبية. ويُعدّ هوائي أنتاركتيكا العابر للنبضات (ANITA) جهازًا محمولًا على منطاد يحلق فوق القارة القطبية الجنوبية، ويرصد إشعاع أسكاريان ، الناتج عن مرور النيوترينوات الكونية فائقة الطاقة عبر الجليد أسفلها، مُنتجةً وابلًا من الجسيمات المشحونة الثانوية، والتي بدورها تُصدر مخروطًا من الإشعاع المتماسك في نطاق الموجات الراديوية أو الميكروية من الطيف الكهرومغناطيسي. ويجري حاليًا بناء مرصد النيوترينو الراديوي في غرينلاند ، والذي يستغل تأثير أسكاريان في الجليد لرصد النيوترينوات ذات طاقات تزيد عن 10 بيتا إلكترون فولت. [ 13 ]

أجهزة قياس السعرات الحرارية للتتبع

تستخدم أجهزة قياس السعرات الحرارية التتبعية، مثل كاشفات MINOS، طبقات متناوبة من مادة ماصة ومادة كاشفة. توفر الطبقات الماصة كتلة الكاشف، بينما توفر الطبقات الكاشفة معلومات التتبع. يُعد الفولاذ خيارًا شائعًا للمواد الماصة، نظرًا لكثافته العالية نسبيًا وانخفاض تكلفته، فضلًا عن ميزة إمكانية مغنطته. غالبًا ما يكون الكاشف النشط سائلًا أو بلاستيكيًا وميضيًا، ويُقرأ بواسطة أنابيب مضاعفة ضوئية، على الرغم من استخدام أنواع مختلفة من غرف التأين أيضًا.

يقترح اقتراح NOνA [ 14 ] إلغاء مستويات الامتصاص لصالح استخدام حجم كاشف نشط كبير جدًا. [ 15 ]

لا تُعدّ أجهزة قياس السعرات الحرارية التتبعية مفيدة إلا للنيوترينوات عالية الطاقة ( في نطاق GeV ). عند هذه الطاقات، تظهر تفاعلات التيار المحايد على شكل وابل من الحطام الهادروني، بينما تُحدد تفاعلات التيار المشحون من خلال وجود مسار الليبتون المشحون (ربما إلى جانب شكل من أشكال الحطام الهادروني).

يُخلّف الميون الناتج عن تفاعل التيار المشحون مسارًا طويلًا نافذًا ويسهل رصده؛ ويُوفّر طول مسار الميون هذا وانحناؤه في المجال المغناطيسي الطاقة والشحنة ( μ−مقابل μ +معلومات. يُنتج الإلكترون الموجود في الكاشف وابلًا كهرومغناطيسيًا، يمكن تمييزه عن الوابلات الهادرونية إذا كانت دقة الكاشف النشط صغيرة مقارنةً بالامتداد الفيزيائي للوابل. تتحلل جسيمات تاو الليبتونية فورًا تقريبًا إلى ليبتون مشحون آخر أو بيونات ، ولا يمكن رصدها مباشرةً في هذا النوع من الكواشف. (لرصد جسيمات تاو مباشرةً، يُبحث عادةً عن انحناء في مسارات الجسيمات في المستحلب الفوتوغرافي).

كاشف الارتداد المتماسك

عند الطاقات المنخفضة، يمكن للنيوترينو أن يتشتت من نواة الذرة بأكملها، بدلاً من النيوكليونات الفردية، في عملية تُعرف باسم التشتت المرن المتماسك للنيوترينو-النواة بتيار محايد أو التشتت المتماسك للنيوترينو . [ 16 ] وقد استُخدم هذا التأثير لصنع كاشف نيوترينو صغير للغاية. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] وعلى عكس معظم طرق الكشف الأخرى، لا يعتمد التشتت المتماسك على نوع النيوترينو.

كبت الخلفية

يجب أن تتناول معظم تجارب النيوترينو تدفق الأشعة الكونية التي تقصف سطح الأرض.

غالبًا ما تُغطي تجارب النيوترينو ذات الطاقة العالية (أكثر من 50 ميغا إلكترون فولت تقريبًا) الكاشف الأساسي أو تُحيطه بكاشف "الرفض" الذي يكشف مرور الأشعة الكونية إلى الكاشف الأساسي، مما يسمح بتجاهل النشاط المقابل في الكاشف الأساسي ("الرفض"). ولأن تدفق الميونات الساقطة في الغلاف الجوي متساوي الخواص، يتم تمييز الكشف الموضعي وغير المتساوي الخواص بالنسبة للخلفية [ 20 ]، مما يدل على حدوث حدث كوني.

في التجارب التي تستخدم طاقة منخفضة، لا تُشكّل الأشعة الكونية المشكلة مباشرةً. بل قد تُحاكي النيوترونات الناتجة عن التفتت النووي والنظائر المشعة التي تُنتجها هذه الأشعة الإشارات المطلوبة. ولحلّ هذه المشكلة، يُوضع الكاشف في أعماق الأرض بحيث تُخفّض طبقة الأرض فوقها معدل الأشعة الكونية إلى مستويات مقبولة.

تلسكوبات النيوترينو

يمكن توجيه أجهزة الكشف عن النيوترينو نحو عمليات الرصد الفيزيائي الفلكي، حيث يُعتقد أن العديد من الأحداث الفيزيائية الفلكية تنبعث منها النيوترينوات.

تلسكوبات النيوترينو تحت الماء:

تلسكوبات النيوترينو تحت الجليد:

  • أماندا (1996-2009، حلت محلها آيس كيوب)
  • آيس كيوب (منذ عام 2004) [ 3 ] [ g ]
  • DeepCore و PINGU، وهما امتداد موجود وامتداد مقترح لـ IceCube

مراصد النيوترينو تحت الأرض:

آحرون:

انظر أيضاً

الحواشي

  1. ↑ ... ومع ذلك، فهي شبه غير قابلة للكشف: ففي ثانية واحدة فقط، تمر عشرات المليارات من النيوترينوات عبر كل سنتيمتر مربع من أجسامنا دون أن نلاحظها. ... لا يُغيّر أي مجال مغناطيسي مسارها، إذ تنطلق للأمام مباشرةً بسرعة تقارب سرعة الضوء. ... لا شيء تقريبًا يوقفها. ... النيوترينوات جسيمات مراوغة للغاية. هناك ثلاثة أنواع أو أصناف: نيوترينو الإلكترون، ونيوترينو الميون، ونيوترينو تاو، سُميت نسبةً إلى ثلاثة جسيمات أخرى تُنتجها عند اصطدامها بالذرة. [ 4 ]
  2. رصدت أجهزة الاستشعار الموجودة في الجليد ومضات ضوئية نادرة وعابرة ناتجة عن تفاعل النيوترينوات مع الجليد. ... صُممت أماندا 2 ( مصفوفة كاشف الميونات والنيوترينوات الثانية في القطب الجنوبي ) للنظر ليس إلى الأعلى، بل إلى الأسفل، عبر الأرض نحو سماء نصف الكرة الشمالي. [ 6 ]
  3. ↑ يُستمد لقب هذهالتقنية من تسلسل التفاعلات: غاليوم ← جرمانيوم ← غاليوم . سُمّي الغاليوم نسبةً إلى فرنسا ، والجرمانيوم نسبةً إلى ألمانيا ، لذا فإن التسلسل المقابل هو: فرنسا ← ألمانيا ← فرنسا. تقع منطقة الألزاس واللورين على الحدود المشتركة بين البلدين، وقد تناوبت فرنسا وألمانيا تاريخيًا على امتلاك هذه المنطقة؛ ومن هنا جاءت الدعابة في لقب هذه التقنية.
  4. ↑ تلقى علم فلك النيوترينو دفعة قوية في عام 1987 عندما ظهر مستعر أعظم في مجرة ​​تبعد ربع مليون سنة ضوئية فقط عن الأرض - وهو أقرب مستعر أعظم منذ 400 عام. [ 9 ]
  5. ↑ في عام 1987، أحصى علماء الفلك 19 نيوترينو من انفجار نجم في سحابة ماجلان الكبرى القريبة، 19 من أصل مليار تريليون تريليون تريليون تريليون نيوترينو انطلقت من المستعر الأعظم. [ 1 ]
  6. ↑ تؤكد أدلة جديدة ما أشارت إليه نتائج العام الماضي من أن أحد أنواع النيوترينوات المنبعثة من لب الشمس يتحول إلى نوع آخر في طريقه إلى الأرض. ... تم الحصول على البيانات من مرصد سادبري للنيوترينوات (SNO) الموجود تحت الأرض في كندا. ... النيوترينوات جسيمات شبحية عديمة الشحنة الكهربائية وذات كتلة ضئيلة للغاية. ومن المعروف أنها توجد في ثلاثة أنواع مرتبطة بثلاثة جسيمات مشحونة مختلفة - الإلكترون وأقاربه الأقل شهرة، الميون والتاو. ... [ 7 ]
  7. ↑ جهاز آيس كيوب، الذي تبلغ تكلفته 272 مليون دولار (170 مليون جنيه إسترليني)، ليس تلسكوبًا عاديًا. فبدلًا من جمع الضوء من النجوم أو الكواكب أو الأجرام السماوية الأخرى، يبحث آيس كيوب عن جسيمات غامضة تُسمى النيوترينوات، والتي تنطلق عبر الفضاء حاملةً أشعة كونية عالية الطاقة. إذا سارت الأمور كما هو مخطط لها، سيكشف المرصد عن مصدر هذه الأشعة الغامضة، وكيف تكتسب هذه الطاقة الهائلة. ولكن هذه مجرد البداية. ستمنح مراصد النيوترينو، مثل آيس كيوب، علماء الفلك في نهاية المطاف منظورًا جديدًا لدراسة الكون. [ 3 ]
  8. ↑ في وقت لاحق من هذا الشهر،سيبدأ مختبر فيرمي الوطني للمسرعات  بالقرب من شيكاغو بإطلاق تريليونات من جسيمات "النيوترينو" دون الذرية عبر 450 ميلاً من الأرض الصلبة، وهدفها هو كاشف في مختبر سودان تحت الأرض أسفل هذه المدينة الواقعة في منطقة آيرون رينج. [ 21 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 تشانغ، كينيث (26 أبريل 2005). "صغيرة، وفيرة، ويصعب اصطيادها حقًا" . صحيفة نيويورك تايمز . تم الاطلاع عليه في 16 يونيو 2011 .
  2. ↑ تعاون آيس كيوب؛ فيرمي-لات؛ ماجيك؛ أجايل؛ أساس-إس إن؛ هاوك؛ إنتغرال؛ سويفت/نوستار؛ فيريتاس؛ فرق VLA/17B-403 (2018). "رصد متعدد الوسائط لنجم متوهج متزامن مع نيوترينو عالي الطاقة من آيس كيوب-170922A". مجلة ساينس . 361 (6398) eaat1378. arXiv : 1807.08816 . Bibcode : 2018Sci...361.1378I . doi : 10.1126/science.aat1378 . PMID 30002226. S2CID 49734791 .  {{cite journal}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  3. 1 2 3 سامبل، إيان (23 يناير 2011). "البحث عن النيوترينوات في القطب الجنوبي" . صحيفة الغارديان . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 يونيو 2011 .
  4. 1 2 لو هير، بيير (22 مارس 2011). "تعقب النيوترينو الماكر" . صحيفة الغارديان الأسبوعية . تم الاطلاع عليه في 16 يونيو 2011 .
  5. ↑ "كل شيء عن النيوترينوات" . icecube.wisc.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 أبريل 2018 .
  6. 1 2 وايت هاوس، ديفيد، دكتور. (15 يوليو 2003). "تلسكوب محاصر بالجليد يستكشف الكون" . محرر العلوم على الإنترنت. بي بي سي نيوز . تم الاسترجاع في 16 يونيو 2011 .{{cite news}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  7. 1 2 3 وايت هاوس، ديفيد، دكتور. (22 أبريل 2002). "تجربة تؤكد نظريات الشمس" . محرر العلوم في بي بي سي نيوز أونلاين. بي بي سي نيوز . تم الاطلاع عليه في 16 يونيو 2011 .{{cite news}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  8. ↑ تشين، إم سي (أغسطس 2005). "مشروع الوميض السائل SNO". الفيزياء النووية ب - ملاحق وقائع المؤتمر . 145 : 65-68 . رمز Bibcode : 2005NuPhS.145...65C . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2005.03.037 . ISSN 0920-5632 . 
  9. 1 2 براون، مالكولم دبليو. (28 فبراير 1995). "أربعة تلسكوبات في البحث عن النيوترينو" . صحيفة نيويورك تايمز . تم الاطلاع عليه في 16 يونيو 2011 .
  10. ↑ هالزن، فرانسيس؛ كلاين، سبنسر ر. (30 أغسطس/آب 2010). "مقال مراجعة مدعو: آيس كيوب: أداة لعلم فلك النيوترينو". مجلة الأدوات العلمية . 81 (8): 081101. arXiv : 1007.1247 . Bibcode : 2010RScI...81h1101H . doi : 10.1063/1.3480478 . ISSN 0034-6748 . PMID 20815596. S2CID 11048440 .   
  11. ↑ زابوروف، د.ن. (2009-09-01). "تحليل التزامن في تجربة أنتاريس: البوتاسيوم-40 والميونات". فيزياء النوى الذرية . 72 (9): 1537-1542 . arXiv : 0812.4886 . Bibcode : 2009PAN....72.1537Z . doi : 10.1134/S1063778809090130 . ISSN 1562-692X . S2CID 14232095 .  
  12. 1 2 "انتظر لحظة، هذا ليس نيوترينو" . مجلة الإيكونوميست . 1 ديسمبر 2010. تم الاطلاع عليه في 16 يونيو 2011 .
  13. ↑ أغيلار، جيه إيه؛ وآخرون (2021). "تصميم وحساسية مرصد النيوترينو الراديوي في غرينلاند (RNO-G)". مجلة الأجهزة . 16 (3): 03025. arXiv : 2010.12279 . Bibcode : 2021JInst..16P3025A . doi : 10.1088/1748-0221/16/03/P03025 . S2CID 225062021 .  
  14. ↑ "التعاون | نوفا" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2020-05-02 .
  15. ↑ رادوفيتش، ألكسندر (12 يناير 2018). "أحدث نتائج التذبذب من مشروع NOvA" (الفيزياء التجريبية والنظرية المشتركة). قاعدة بيانات وثائق NOvA . فيميلاب. تاريخ الاسترجاع: 30 مارس 2018
  16. ↑ وينسلو، ليندلي (18 أكتوبر 2012). "تشتت النيوترينو المتماسك" (ملف PDF) . الفيزياء وعلم الفلك. لوس أنجلوس، كاليفورنيا: جامعة كاليفورنيا - لوس أنجلوس. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 29 سبتمبر 2017. تم الاطلاع عليه في 29 سبتمبر 2017 .
  17. ↑ أكيموف، د.؛ ألبرت، ج.ب.؛ آن، ب.؛ أوي، س.؛ باربو، ب.س.؛ بيكر، ب.؛ وآخرون . (2017). "ملاحظة تشتت النيوترينو المرن المتماسك مع النواة". مجلة ساينس . 357 (6356): 1123-1126 . arXiv : 1708.01294 . Bibcode : 2017Sci...357.1123C . doi : 10.1126/science.aao0990 . PMID : 28775215. S2CID : 206662173 .   
  18. ↑ جرانت، أندرو (2017). "الكشف عن النيوترينو يصبح أصغر حجمًا". فيزياء اليوم (8): 12197. رمز Bibcode : 2017PhT..2017h2197G . doi : 10.1063/PT.6.1.20170817b .
  19. ↑ ليفي، داون (3 أغسطس 2017). "أصغر كاشف للنيوترينو في العالم يكشف عن بصمة فيزيائية كبيرة" . مختبر أوك ريدج الوطني (بيان صحفي). وزارة الطاقة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 سبتمبر 2017 .
  20. ↑ إرنينوين، جيه بي (5-12 مارس 2005). "تلسكوب أنتاريس للنيوترينو" (ملف PDF) . antares.in2p3 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 6 ديسمبر 2006.
  21. 1 2 "مشروع مينيسوتا للنيوترينو سيبدأ هذا الشهر" . يو إس إيه توداي . 11 فبراير 2005. تم الاطلاع عليه في 16 يونيو 2011 .
  22. ↑ "تاور يطمح إلى آفاق كونية" . مجلة سيمتري . 16 يونيو 2011.
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بكاشفات النيوترينو على ويكيميديا ​​كومنز