کاوش در فیزیک بنیادی نوترینوها سرنخ‌های نادری ارائه می‌دهند ک | افــــــق رویـــــداد
کاوش در فیزیک بنیادی
نوترینوها سرنخ‌های نادری ارائه می‌دهند که یک نظریه کامل‌تر از ذرات باید جایگزین مجموعه معادلات 50 ساله معروف به مدل استاندارد شود. این مدل ذرات و نیروهای بنیادی را با دقت تقریباً کامل توصیف می‌کند، اما در مورد نوترینوها اشتباه می‌کند: پیش‌بینی می‌کند که ذرات خنثی بدون جرم هستند، اما اینطور نیستند - نه کاملاً.
فیزیکدانان در سال 1998 کشف کردند که نوترینوها می توانند بین سه نوع یا طعم مختلف خود تغییر شکل دهند. برای مثال، یک نوترینوی الکترونی که از خورشید ساطع می‌شود، می‌تواند تا زمانی که به زمین می‌رسد، به یک نوترینوی میون تبدیل شود. و به منظور تغییر شکل، نوترینوها باید جرم داشته باشند - نوسانات تنها زمانی معنا پیدا می کنند که هر گونه نوترینو مخلوط کوانتومی از سه جرم مختلف باشد.
ده ها آزمایش به فیزیکدانان ذرات اجازه داده است تا به تدریج تصویری از الگوهای نوسان نوترینوهای مختلف - خورشیدی، اتمسفر و آزمایشگاهی ایجاد کنند. اما نوترینوهای کیهانی که از AGN ها سرچشمه می گیرند، نگاهی به رفتار نوسانی ذرات در فواصل و انرژی های بسیار بزرگتر ارائه می دهند. کارلوس آرگوئلز-دلگادو، فیزیکدان نوترینو در دانشگاه هاروارد که همچنین بخشی از همکاری گسترده IceCube است، گفت: این آنها را به "کاوشگر بسیار حساسی برای فیزیک تبدیل می کند که فراتر از مدل استاندارد است."
منابع نوترینوهای کیهانی آنقدر دور هستند که نوسانات نوترینو باید محو شوند - اخترفیزیکدانان به هر کجا که نگاه می کنند، انتظار دارند کسر ثابتی از هر یک از سه نوع نوترینو را ببینند. هر گونه نوسان در این کسرها نشان می دهد که مدل های نوسان نوترینو نیاز به تجدید نظر دارند.
احتمال دیگر این است که نوترینوهای کیهانی همانطور که توسط بسیاری از مدل‌های بخش تاریک پیش‌بینی می‌شود، در حین سفر با ماده تاریک تعامل دارند. این مدل‌ها پیشنهاد می‌کنند که ماده نامرئی جهان از چندین نوع ذرات غیر درخشان تشکیل شده است. فعل و انفعالات با این ذرات ماده تاریک می تواند نوترینوها را با انرژی های خاص پراکنده کند و شکافی در طیف نوترینوهای کیهانی که ما می بینیم ایجاد کند.
یا ساختار کوانتومی خود فضا-زمان می تواند روی نوترینوها کشیده شود و سرعت آنها را کاهش دهد. گروهی مستقر در ایتالیا اخیراً در Nature Astronomy استدلال کردند که داده‌های IceCube نشانه‌هایی از این اتفاق را نشان می‌دهد، اما سایر فیزیکدانان به این ادعاها بدبین بوده‌اند.
چنین تأثیراتی بسیار اندک است، اما فواصل بین کهکشانی می تواند آنها را تا سطوح قابل تشخیص بزرگ کند. شولبرگ گفت: این قطعاً چیزی است که ارزش کاوش را دارد.
پیش از این، آرگوئل-دلگادو و همکارانش از پس‌زمینه پراکنده نوترینوهای کیهانی - به جای منابع خاصی مانند NGC 1068 - برای جستجوی شواهدی از ساختار کوانتومی فضا-زمان استفاده کرده‌اند. همانطور که آنها در ماه اکتبر در Nature Physics گزارش کردند، چیزی پیدا نکردند، اما جستجوی آنها به دلیل دشواری تشخیص نوع سوم نوترینو - tau - از یک نوترینوی الکترونی در آشکارساز IceCube با مشکل مواجه شد. تپی کاتوری از کینگز کالج لندن گفت: آنچه مورد نیاز است شناسایی بهتر ذرات است. تحقیقات برای تفکیک این دو نوع در حال انجام است.
کاتوری می‌گوید دانستن مکان‌ها و مکانیسم‌های خاص منابع نوترینوی کیهانی می‌تواند "جهشی بزرگ" در حساسیت این جستجوها برای فیزیک جدید ایجاد کند. کسر دقیق هر نوع نوترینو به مدل منبع بستگی دارد و محبوب ترین مدل ها به طور تصادفی پیش بینی می کنند که تعداد مساوی از سه گونه نوترینو به زمین می رسد. اما نوترینوهای کیهانی هنوز آنقدر ضعیف شناخته شده اند که هرگونه عدم تعادل مشاهده شده در بخش های سه نوع ممکن است به اشتباه تفسیر شود. نتیجه می تواند نتیجه گرانش کوانتومی، ماده تاریک یا مدل شکسته نوسان نوترینویی باشد - یا فقط فیزیک هنوز مبهم تولید نوترینو کیهانی(فیزیک جدید)
کاتوری گفت: در نهایت، ما باید نوترینوهای کیهانی بیشتری را شناسایی کنیم. و به نظر می رسد که ما این کار را خواهیم کرد. IceCube در چند سال آینده ارتقا یافته و به 10 کیلومتر مکعب گسترش می یابد و در ماه اکتبر، یک آشکارساز نوترینو در زیر دریاچه بایکال در سیبری اولین مشاهده خود از نوترینوهای کیهانی را از TXS ارسال کرد.
و در اعماق دریای مدیترانه، ده‌ها رشته آشکارساز نوترینو که مجموعاً KM3NeT نامیده می‌شوند، توسط یک ربات غوطه‌ور در بستر دریا بسته می‌شوند تا منظره‌ای مکمل از آسمان کیهانی-نوترینو ارائه دهند. فشارها بسیار زیاد است.
