تجربة الغاليوم السوفيتية الأمريكية

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

SAGE ( تجربة الغاليوم السوفيتية الأمريكية ، أو أحيانًا تجربة الغاليوم الروسية الأمريكية ) هي تجربة تعاونية ابتكرها العديد من الفيزيائيين البارزين لقياس تدفق النيوترينوات الشمسية .

تجربة

صُمم جهاز SAGE لقياس تدفق النيوترينو الشمسي من خلال طريقة كيميائية إشعاعية تعتمد على اضمحلال بيتا العكسي (أو بشكل أدق، التقاط الإلكترون العكسي)، وهو تفاعل نووي بين ذرة غاليوم (Ga) ونيوترينو ( ν) ينتج عنه إلكترون وذرة جرمانيوم (Ge): 71Ga+νهـ→هـ-+{\displaystyle +\nu _{e}\rightarrow e^{-}+}71Ge . كان الهدف من التفاعل عبارة عن 50-57 طنًا من معدن الغاليوم السائل المخزن علىعمق 2100 متر (6900 قدم) تحت الأرض في مرصد باكسان للنيوترينو في جبال القوقاز بروسيا .يُطلق على المختبر الذي يضم التجربة اسم مختبر تلسكوب نيوترينو الغاليوم-الجرمانيوم (GGNT)، وهو اسم جهاز SAGE. يُستخلص الجرمانيوم الناتج عن النيوترينو من الغاليوم مرة واحدة شهريًا تقريبًا. 71Ge غير مستقر تجاه التقاط الإلكترون ( بعمر نصف يبلغ 11.468 يومًا)، ولذلك يمكن تحديد كمية الجرمانيوم المستخلص من خلال قياس نشاطه باستخدام عدادات تناسبية صغيرة .  

بدأ قياس معدل التقاط النيوترينو الشمسي باستخدام هدف الغاليوم في ديسمبر 1989، واستمر حتى أغسطس 2011 مع بعض الانقطاعات القصيرة. وفي عام 2013، وُصفت التجربة بأنها "مستمرة" [ 1 ] ، مع أحدث البيانات المنشورة من أغسطس 2011. وفي عام 2014، ذُكر أن تجربة SAGE تواصل عمليات الاستخلاص مرة واحدة شهريًا [ 2 ] ، وأن التجربة استمرت في عامي 2016 و2017 [ 3 ] [ 4 ].

قاس هذا الاختبار تدفق النيوترينو الشمسي في 168 عملية استخلاص بين يناير 1990 وديسمبر 2007. وكانت نتيجة الاختبار، استنادًا إلى بيانات الفترة 1990-2007، هي:65.4 +3.1 −3.0 ( إحصائي ) +2.6 − 2.8 ( نظامي ) وحدة نيوترينو . يمثل هذا 56-60% فقط من معدل الالتقاط المتوقع من نماذج شمسية قياسية مختلفة ، والتي تتوقع 138 وحدة نيوترينو. يتوافق هذا الفرق مع تذبذبات النيوترينو .

استخدم الفريق مصدر نيوترينو من الكروم -51 بطاقة 518 كيلو كوري لاختبار العملية التجريبية. طاقة هذه النيوترينوات مشابهة لطاقة نيوترينوات البريليوم-7 الشمسية ، مما يجعلها مثالية للتحقق من صحة الإجراء التجريبي. جرت عمليات استخلاص عينات تجربة الكروم بين يناير ومايو 1995، واستمر عدّ العينات حتى الخريف. والنتيجة، المُعبر عنها كنسبة بين معدل الإنتاج المقاس ومعدل الإنتاج المتوقع، هي1.0 ± 0.15 . وهذا يشير إلى أن التباين بين تنبؤات النموذج الشمسي وقياس تدفق SAGE لا يمكن أن يكون نتيجة خطأ تجريبي.

شذوذ الغاليوم

في الفترة 2003-2004، تم إنتاج مصدر نيوترينو الأرجون-37 عن طريق تشعيع أكسيد الكالسيوم في مفاعل BN-600، متبوعًا بفصل الأرجون كيميائيًا . أُجريت تجربة معايرة باستخدام هذا المصدر في الفترة من 30 أبريل إلى 27 سبتمبر. حُسب إنتاج الجرمانيوم -71 الناتج في عام 2005 بنسبة 79% من المتوقع، [ 5 ] مؤكدًا بذلك تقديرًا سابقًا (1998) من إحدى تجارب GALLEX (أعطت تجربة أخرى نتائج لا يمكن تمييزها عن 100%، على غرار تجربة الكروم في SAGE). [ 6 ] [ 7 ] وسرعان ما عُرف هذا التباين باسم شذوذ الغاليوم .

بعد الإبلاغ عن الشذوذ في عام 2006، بدأ الفيزيائيون باستكشاف تفسيرات محتملة للنقص الملحوظ. وقد فحص تحليلٌ أُجري عام 2007 [ 8 ] البيانات ضمن إطارَي مزج النيوترينو الثنائي والثلاثي ، مع الأخذ في الاعتبار إمكانية تذبذب نيوترينوات الإلكترون لتكوين نيوترينو عقيم افتراضي . وبحلول عام 2009، أكّد تحقيقٌ شاملٌ في الأخطاء التجريبية المحتملة كفاءة الاستخلاص الكيميائي للجرمانيوم، وإجراءات العد، وتقنيات تحليل البيانات، مستبعدًا وجود أخطاء تجريبية كبيرة. [ 9 ] [ 10 ] وقد عزّز هذا الأدلة على وجود الشذوذ، ودفع التركيز نحو استكشاف فيزياء جديدة محتملة تتجاوز نموذج النيوترينو الثلاثي القياسي. جمعت مراجعة أجريت عام 2013 نتائج الغاليوم مع بيانات من تجارب النيوترينو المضاد في المفاعلات ، مما يشير إلى وجود نمط ثابت لاختفاء نيوترينو الإلكترون (المضاد) عند خطوط الأساس القصيرة ، ويسلط الضوء على الحاجة إلى قياسات أكثر دقة وتجارب مخصصة لتأكيد أو دحض تفسير النيوترينو العقيم بشكل قاطع. [ 7 ]

تجربة باكسان حول التحولات المعقمة (BEST)

في عام 2014، جرى تحديث جهاز GGNT التابع لتجربة SAGE لإجراء تجربة تذبذب النيوترينو ذات خط الأساس القصير جدًا، وهي تجربة باكسان على التحولات العقيمة (BEST)، باستخدام مصدر نيوترينو اصطناعي مكثف قائم على الكروم -51 . [ 11 ] في عام 2017، اكتمل جهاز BEST، لكن مصدر النيوترينو الاصطناعي كان مفقودًا. [ 3 ] اعتبارًا من عام 2018، كانت تجربة BEST جارية، [ 12 ] وكان يجري النظر في تجربة متابعة BEST-2، حيث سيتم تغيير المصدر إلى الزنك-65 . [ 13 ] تستخدم هذه التجربة حجرتين من الغاليوم بدلًا من واحدة، لتحديد ما إذا كان من الممكن تفسير الشذوذ بالمسافة من مصدر النيوترينوات. [ 14 ]

في يونيو 2022، نشرت تجربة BEST ورقتين بحثيتين رصدتا نقصاً بنسبة 20-24% في إنتاج نظير الجرمانيوم المتوقع من التفاعل.71جا+νهـ→هـ-+71جي{\displaystyle {}^{71}{\text{Ga}}+\nu _{e}\rightarrow e^{-}+{}^{71}{\text{Ge}}}تؤكد هذه النتائج ما توصلت إليه تجارب SAGE وGALLEX سابقًا بشأن ما يُسمى بشذوذ الغاليوم، وتشير إلى أن تفسير النيوترينو العقيم قد يتوافق مع البيانات. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] وقد حسّنت دراسات لاحقة دقة المقطع العرضي لالتقاط النيوترينو في عام 2023 [ 18 ] ، والذي اقتُرح كمصدر محتمل لعدم الدقة في عام 1998، [ 19 ] بالإضافة إلى نصف عمر الجرمانيوم -71 في عام 2024، [ 20 ] مما يستبعدهما كتفسيرات محتملة للشذوذ. [ 14 ]

أعضاء

قاد مجموعة SAGE الفيزيائيون التاليون على مدار تاريخها:

انظر أيضاً

  • هانز بيث ، مهندس نظرية تفاعلات الاندماج النووي في النجوم
  • تقوم جامعة واشنطن بإجراء تحليل إحصائي لبيانات SAGE وتساعد في تحديد عدم اليقين المنهجي

مراجع

  1. ↑ جافرين، ف. ن. (أكتوبر 2013). "مساهمة تجارب الغاليوم في فهم فيزياء الشمس وفيزياء النيوترينو". فيزياء النوى الذرية . 76 (10): 1238-1243 . Bibcode : 2013PAN....76.1238G . doi : 10.1134/S106377881309007X . S2CID 122656176 . 
  2. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 25-10-2020 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 15-12-2018 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  3. 1 2 "باكسان يحقق إنجازات جديدة في مجال النيوترينو" . سيرن كورير . 19 مايو 2017. مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 يونيو 2025.
  4. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 31-05-2019 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 31-05-2019 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  5. ^ عبد الرشيدتوف، ج.ن. غافرين، VN. جيرين، SV. جورباتشوف، ف.ف. جوركينا، ص. إبراجيموفا، تلفزيون؛ كاليخوف، إيه في؛ خيرناسوف، ن.ج. كنودل، تلفزيون؛ ماتفييف، فيرجينيا؛ ميرموف، إن؛ شيخين، أأ؛ فيرتينكين، إب؛ فيرمول، VM. يانتس، في إي (2006/04/20). “قياس استجابة تجربة النيوترينو الشمسي Ga للنيوترينوات من مصدر 37Ar”. المراجعة البدنية ج . 73 (4) 045805. أرخايف : nucl-ex/0512041 . دوى : 10.1103/PhysRevC.73.045805 . ISSN 0556-2813 . 
  6. ^ هامبل، دبليو. هيوسر، ج. كيكو ، ج. كيرستن، تي؛ لوبنشتاين، م؛ بيرنيكا، إي؛ راو، دبليو؛ رون، يو؛ شلوسر، سي؛ وجسيك، م؛ ضد عمون، ر؛ ايبرت، K. H؛ فريتش، تي؛ هيدت، د؛ هنريش، إي (1998/02/19). "النتائج النهائية لتجارب مصدر النيوترينو 51Cr في جهاز GALLEX" . رسائل الفيزياء ب . 420 (1): 114-126 . دوى : 10.1016 / S0370-2693 (97)01562-1 . ISSN 0370-2693 . 
  7. 1 2 جيونتي، سي. (2013-04-01). "حالة النيوترينوات العقيمة" . الفيزياء النووية ب - ملاحق وقائع المؤتمر . وقائع ورشة عمل تذبذب النيوترينو. 237-238 : 295-300 . Bibcode : 2013NuPhS.237..295G . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2013.04.111 . ISSN 0920-5632 . 
  8. ↑ أسيرو، ماريو أ.؛ جيونتي، كارلو؛ لافيدر، ماركو (16-10-2008). "حدود اختفاء النيوكليونات والنيوكليونات المضادة من تجارب الغاليوم والمفاعلات". مجلة Physical Review D. 78 ( 7) 073009. arXiv : 0711.4222 . doi : 10.1103/PhysRevD.78.073009 . ISSN 1550-7998 . 
  9. ↑ تعاون SAGE؛ عبد الرشيدوف، ج. ن.؛ جافرين، ف. ن.؛ غورباتشيف، ف. ف.؛ غوركينا، ب. ب.؛ إبراهيموفا، ت. ف.؛ كاليخوف، أ. ف.؛ خيرناسوف، ن. ج.؛ كنودل، ت. ف.؛ ميرموف، إ. ن.؛ شيخين، أ. أ.؛ فيريتينكين، إ. ب.؛ يانتس، ف. إ.؛ زاتسيبين، ج. ت.؛ بولز، ت. ج. (30 يوليو 2009). "قياس معدل التقاط النيوترينو الشمسي باستخدام معدن الغاليوم. الجزء الثالث: نتائج فترة جمع البيانات 2002-2007". مجلة Physical Review C. 80 ( 1) 015807. arXiv : 0901.2200 . Bibcode : 2009PhRvC..80a5807A . doi : 10.1103/PhysRevC.80.015807 . ISSN 0556-2813 . 
  10. ↑ غافرين، فلاديمير ن. (30-09-2011). "تجربة الغاليوم الروسية الأمريكية SAGE" . مجلة الفيزياء - أوسبيخي . 54 (9): 941-949 . رمز Bibcode : 2011PhyU...54..941G . doi : 10.3367/UFNe.0181.201109g.0975 . ISSN 1063-7869 . 
  11. ^ غافرين، ف. كليفلاند، ب. دانشين، س. إليوت، س. جورباتشوف، V.؛ إبراجيموفا، ت.؛ كاليخوف، أ.؛ كنودل، T.؛ كوزلوفا، يو؛ ماليشكين، يو؛ ماتييف، V.؛ ميرموف، أنا. نيكو، J.؛ روبرتسون، RGH. شيخين، أ.؛ سنكلير، د.؛ فيرتينكين، إي. ويلكرسون، J. (2015). "الوضع الحالي لمشروع SAGE الجديد بمصدر نيوترينو 51 كروم" . فيزياء الجسيمات والنوى . 46 (2): 131. بيب كود : 2015PPN....46..131G . دوى : 10.1134/S1063779615020100 . اوستي 1440431 . S2CID 120787161 .  
  12. ↑ بابينكو، ماكسيم؛ أوفرباي، دينيس (16 يوليو 2018). "صائدو النيوترينو" . صحيفة نيويورك تايمز .
  13. ^ غافرين، في.ن. جورباتشوف، ف.ف. إبراجيموفا، تلفزيون؛ كورنوخوف، VN؛ دزانيليدزه، أأ؛ زلوكازوف، س.ب. كوتيلنيكوف، NA؛ إيزوتوف، آل. ماينسكوف، SV. بيمينوف، ف.ف. بوريسينكو، نائب الرئيس؛ كيسيليف، كيلو بايت. تسفيليف، النائب (2018). “في تجربة الغاليوم BEST-2 مع مصدر 65 Zn للبحث عن تذبذبات النيوترينو على خط أساس قصير”. أرخايف : 1807.02977 [ physics.ins-det ].
  14. 1 2 أوكالاهان، جوناثان (2024-07-12). "ما الذي يمكن أن يفسر شذوذ الغاليوم؟" . مجلة كوانتا . تم الاسترجاع في 2024-07-14 .
  15. ↑ مختبر لوس ألاموس الوطني (18 يونيو 2022). "نتائج تجربة تحت الأرض تؤكد وجود شذوذ: فيزياء أساسية جديدة محتملة" . SciTechDaily . تاريخ الاسترجاع: 22 يونيو 2022 .
  16. ↑ بارينوف، ف. ف.؛ كليفلاند، ب. ت.؛ دانشين، س. ن.؛ إيجيري، هـ.؛ إليوت، س. ر.؛ فريكرز، د.؛ جافرين، ف. ن.؛ غورباتشيف، ف. ف.؛ غوربونوف، د. س.؛ هاكستون، و. س.؛ إبراهيموفا، ت. ف. (2022-06-09). "نتائج تجربة باكسان على التحولات المعقمة (BEST)" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 128 (23) 232501. arXiv : 2109.11482 . Bibcode : 2022PhRvL.128w2501B . doi : 10.1103/PhysRevLett.128.232501 . PMID 35749172 . S2CID 237605431 .  
  17. ↑ بارينوف، ف. ف.؛ دانشين، س. ن.؛ غافرين، ف. ن.؛ غورباتشيف، ف. ف.؛ غوربونوف، د. س.؛ إبراهيموفا، ت. ف.؛ كوزلوفا، يو. ب.؛ كرافتشوك، ل. ف.؛ كوزمينوف، ف. ف.؛ لوبساندورزييف، ب. ك.؛ مالشكين، يو. م. (2022-06-09). "البحث عن انتقالات الإلكترون-نيوترينو إلى حالات عقيمة في تجربة BEST" . مجلة Physical Review C. 105 ( 6) 065502. arXiv : 2201.07364 . Bibcode : 2022PhRvC.105f5502B . doi : 10.1103/PhysRevC.105.065502 . S2CID 246035834 . 
  18. ↑ إليوت، إس آر؛ جافرين، في إن؛ هاكستون، دبليو سي؛ إبراهيموفا، تي في؛ رول، إي جيه (25-09-2023). "المقطع العرضي لامتصاص نيوترينو الغاليوم وعدم اليقين فيه" . مجلة Physical Review C. 108 ( 3) 035502. arXiv : 2303.13623 . Bibcode : 2023PhRvC.108c5502E . doi : 10.1103/PhysRevC.108.035502 . ISSN 2469-9985 . 
  19. ↑ هاكستون، دبليو سي (يوليو 1998). "عدم اليقين في المقطع العرضي في تجارب مصدر نيوترينو الغاليوم". رسائل الفيزياء ب . 431 ( 1-2 ): 110-118 . arXiv : nucl-th/9804011 . Bibcode : 1998PhLB..431..110H . doi : 10.1016/S0370-2693(98)00581-4 .
  20. ↑ نورمان، إي بي؛ دروبيزيف، أ؛ غاريبان، ن؛ غريغوريتش، كي إي؛ كولومينسكي، يو جي؛ ساميس، بي إن؛ سيلزو، إن دي؛ شوسترمان، جيه إيه؛ توماس، كي جيه (30-05-2024). "نصف عمر الجرمانيوم 71 وشذوذ الغاليوم" . مجلة Physical Review C. 109 ( 5) 055501. doi : 10.1103/PhysRevC.109.055501 . ISSN 2469-9985 . 

الأدب

43°16′32″ شمالاً 42°41′25″ شرقاً / 43.27556° شمالاً 42.69028° شرقاً / 43.27556; 42.69028