روشن شدن بزرگترین رصدخانه نوترینو
رصدخانه زیرزمینی نوترینو جیانگمن (JUNO) که بهعنوان بزرگترین آشکارساز نوترینو در جهان معرفی شده است، بهتازگی آغاز به جمعآوری داده کرده است. نوترینوها ذراتی در مدل استاندارد هستند که بهدلیل برهمکنش بسیار ضعیف با ماده عادی، کشف و مطالعه آنها دشوار است. با وجود اینکه حدود ۴۰۰ تریلیون نوترینو تولیدشده در خورشید در هر ثانیه از بدن هر انسان عبور میکنند، بیشتر آنها بدون اثر قابلتوجهی از کنار ماده میگذرند. JUNO میکوشد با اندازهگیری دقیق این ذرات پاسخهایی به پرسشهای کلیدی فیزیک ذرات و کیهانشناسی بدهد.
چرا محل و طراحی رصدخانه اهمیت دارد
JUNO در عمق حدود ۷۰۰ متر زیر سطح زمین و بین دو نیروگاه هستهای بزرگ یانگیان و تایشان قرار دارد. وجود این نیروگاههای شکافت هستهای در مجاورت، منبع پرقدرتی از نوترینوهای مصنوعی فراهم میکند که بهمنظور مطالعه نوسانات نوترینو (neutrino oscillation) و تعیین سلسلهمراتب جرمی مفید هستند. قرارگیری در عمق زمین به کاهش شمار ذرات زمینهای مانند میونها کمک میکند؛ با این حال برای حذف کامل رویدادهای مزاحم، JUNO از سیستم محافظ اضافی نیز بهره میبرد.
سیستمهای حفاظتی و آشکارسازی
به گزارش یونیوس تودی، روی گنبد اصلی یک آشکارساز ثانوی به نام “تاپترکر” (Top Tracker) نصب شده که روی یک استخر ۴۴ متری پر از آب فوقخالص قرار دارد. این لایه حفاظتی قادر به ردیابی ذرات مزاحم است تا از ایجاد آرتیفکتهای دادهای جلوگیری شود؛ یعنی اگر ذرهای وارد سازه شود، رد آن ثبت و از تحلیل نهایی حذف میشود. قلب JUNO کرهای حاوی مایع اسکینتیلاتور (liquid scintillator) است که نور ضعیفی (فوتون) تولید میکند وقتی نوترینوها یا ذرات دیگر با ماده درونی برخورد میکنند. اطراف این کره را ۴۳٬۲۱۲ فوتودتکتور حساس فراگرفتهاند که قادر به آشکارسازی حتی فوتونهای منفرد هستند. تجمیع دادههای شمار زیادی فوتودتکتور به پژوهشگران اجازه میدهد اطلاعات مکانی، زمانی و انرژی رخدادها را با دقت بالا بازیابی کنند.
اهداف علمی و اثرات بالقوه
یکی از اهداف اصلی JUNO تعیین سلسلهمراتب جرمی نوترینوها است: اینکه کدام نوع (الکترونی، میونی یا تائو) سنگینتر یا سبکتر است. اگرچه اندازهگیری دقیق جرمهای مطلق هنوز چالشبرانگیز است، شناخت ترتیب جرمی میتواند گام بزرگی در فهم ساختار ماده و تکامل کیهان باشد. همچنین JUNO میتواند نرخ و فرکانس نوسان بین انواع نوترینو را اندازهگیری کند که اطلاعاتی حیاتی درباره پارامترهای مخلوطشدگی و اختلافجرمی خواهد داد.
در سطح گستردهتر، درک بهتر نوترینوها تأثیرهایی در کیهانشناسی (نقش آنها در مرحلههای اولیه انبساط پس از بیگبنگ)، اخترفیزیک (اطلاعات درباره انفجارهای ابرنواختری) و زمینشناسی (نوترینوهای تولیدشده توسط مواد رادیواکتیو در عمق زمین) خواهد داشت. به همین دلیل جوامع علمی جهانی سالهاست روی آشکارسازی و تعیین ویژگیهای نوترینوها سرمایهگذاری میکنند.
همکاری، مدتزمان عملیات و دادهها
پروژه JUNO یک مشارکت بینالمللی است که شامل ۷۴ مؤسسه و حدود ۷۰۰ پژوهشگر میشود و رهبری آن بر عهده مؤسسه فیزیک انرژی بالا از آکادمی علوم چین است. پیشبینی شده که این آشکارساز حداقل به مدت ۱۰ سال در مدار عملیات باقی بماند و در این دوره روزانه بین حدود ۴۰ تا ۶۰ رخداد نوترینویی را ثبت کند. با انباشت داده در طول این دوره، محققان امیدوارند شواهد کافی برای پاسخ به پرسشهای کلیدی درباره جرم، نوسان و رفتار نوترینوها بهدست آورند.
نکته کارشناسی
دکتر رایان کینگ، فیزیکدان ذرات (شخصیت فرضی): “JUNO گامی مهم در اندازهگیریهای دقیق نوسانات نوترینو است. ترکیب آشکارسازی حجم بالا، تعداد زیاد فوتودتکتورها و استقرار در مجاورت منابع نوترینوی هستهای، امکان کاهش خطاها و بهبود حساسیت را برای تعیین ترتیب جرمی فراهم میکند. اگر JUNO بتواند پارامترهای نوسان را با دقت بهتری اندازهگیری کند، بسیاری از مدلهای نظری فیزیک فراتر از مدل استاندارد قابل آزمایش خواهند بود.”
نتیجه گیری
رصدخانه JUNO یک گام کلیدی در پژوهش نوترینوها است که با استفاده از طراحی زیرزمینی، حجم بزرگ آشکارسازی و آرایهای گسترده از فوتودتکتورها قصد دارد به سؤالات بنیادی درباره جرم و نوسان نوترینوها پاسخ دهد. دادههای حاصل طی حداقل یک دهه میتوانند درک ما از کیهان آغازین، انفجارهای ستارهای و حتی فرآیندهای زمینشناختی را بهبود بخشند. همکاری گسترده بینالمللی پشت JUNO نشاندهنده اهمیت جهانی پیگیری خواص این ذرات بسیار کمبرهمکنش است، و نتایج آن میتواند در چندین شاخه علمی اثرگذار باشد.