نوبل فیزیک ۲۰۲۶ به «رصد نوترینوهای کیهانی» رسید

به گزارش خبرگزاری آنا؛ «آکادمی سلطنتی علوم سوئد» و «کمیته جایزه نوبل» در ادامه اعلام برندگان نوبل ۲۰۲۶، این‌بار به سراغ دستاوردی در مطالعه ذرات گریزان و پرانرژی جهان رفت؛ دستاوردی که نگاه تازه‌ای به رویدادهای خشن و دوردست کیهانی ایجاد کرده است.

نوبل فیزیک امسال به فرانسیس هالزن، استاد دانشگاه ویسکانسین-مدیسن آمریکا، تعلق گرفت؛ دانشمندی که ایده استفاده از یخ‌های قطب جنوب برای شناسایی نوترینوها را به یک رصدخانه عظیم تبدیل کرد و زمینه را برای رصد این ذرات از اعماق کیهان فراهم آورد.

آیس‌کیوب به دانشمندان امکان داده است ذراتی بسیار گریزان به نام نوترینو را که از فرایند‌های پرانرژی در اعماق کیهان به زمین می‌رسند، شناسایی و بررسی کنند. این دستاورد راه را برای شکل‌گیری شاخه‌ای تازه در مطالعه جهان، یعنی «نجوم نوترینویی»، هموار کرده است.

نوترینو‌ها ذراتی بسیار کوچک و بدون بار الکتریکی هستند که به‌طور مداوم در جهان تولید می‌شوند. این ذرات می‌توانند از میان ماده عبور کنند و حتی از کل زمین بگذرند، بدون اینکه تقریباً هیچ برهم‌کنشی با آن داشته باشند. همین ویژگی باعث شده شناسایی آنها دشوار باشد، اما در عین حال اطلاعاتی منحصر‌به‌فرد درباره منابع کیهانی در اختیار دانشمندان قرار دهند.

دانشمندان می‌دانند برخی از پرانرژی‌ترین پدیده‌های جهان، مانند محیط اطراف اجرام و فرایند‌های کیهانی بسیار خشن، مانند شتاب‌دهنده‌های طبیعی ذرات عمل می‌کنند. این فرایند‌ها ذراتی با انرژی بسیار بیشتر از آنچه در آزمایشگاه‌های زمینی قابل تولید است، به فضا می‌فرستند.

با این حال، مطالعه منشأ این ذرات همیشه ساده نیست. بسیاری از ذرات در مسیر حرکت خود تحت تأثیر میدان‌های مختلف قرار می‌گیرند و مسیرشان تغییر می‌کند. نوترینو‌ها برخلاف آنها می‌توانند تقریباً بدون تغییر مسیر و از دست دادن انرژی به زمین برسند. بنابراین، رصد آنها می‌تواند اطلاعاتی درباره محل و سازوکار شکل‌گیری این پدیده‌های پرانرژی در اختیار دانشمندان قرار دهد.

شکار نوترینو در یک کیلومتر مکعب یخ

هالزن نخستین بار در سال ۱۹۸۸ ایده استفاده از یخ‌های قطب جنوب برای شناسایی نوترینو‌ها را مطرح کرد. ایده او بر این اساس بود که اگر یک نوترینو با هسته اتم برخورد کند، می‌تواند ذرات دیگری ایجاد کند که هنگام عبور از یخ، نور بسیار ضعیفی تولید می‌کنند. حسگر‌های نوری می‌توانند این نور را ثبت کنند و از روی آن، برخورد نوترینو را شناسایی کنند.

قطب جنوب برای چنین آزمایشی ویژگی‌های مناسبی دارد. یخ‌های این منطقه در حجم بسیار بزرگی قرار گرفته‌اند و محیط نسبتاً پایدار و دور از بسیاری از منابع اختلال هستند. این شرایط امکان ساخت آشکارسازی در مقیاسی بسیار بزرگ را فراهم کرد.

رصدخانه آیس‌کیوب در نهایت درون حدود یک کیلومتر مکعب یخ در قطب جنوب ساخته شد و در سال ۲۰۱۱ به پایان رسید. هزاران حسگر نوری درون یخ قرار گرفته‌اند تا نور ناشی از برخورد‌های ذرات را ثبت کنند.

پژوهشگران پس از آغاز فعالیت آیس‌کیوب، نخستین نوترینو‌های پرانرژی را شناسایی کردند و چند سال بعد توانستند شواهدی از نوترینو‌هایی به دست آورند که منشأ آنها خارج از منظومه شمسی است. به این ترتیب، جست‌وجوی منابع کیهانی این ذرات وارد مرحله تازه‌ای شد.

چرا کشف نوترینو‌های پرانرژی مهم است؟

نوترینو‌ها را می‌توان نوعی پیام‌رسان کیهانی دانست. آنها اطلاعاتی از محیط‌هایی را با خود حمل می‌کنند که مشاهده مستقیم آنها دشوار است و به دلیل برهم‌کنش بسیار اندک با ماده، مسیر طولانی خود را تا زمین تقریباً دست‌نخورده طی می‌کنند.

به همین دلیل، بررسی نوترینو‌های پرانرژی می‌تواند به دانشمندان کمک کند بفهمند ذرات پرانرژی کیهانی کجا و چگونه تولید می‌شوند و چه فرایند‌هایی در محیط‌های بسیار خشن کیهانی رخ می‌دهد.

کمیته نوبل فیزیک اعلام کرده است که رصدخانه آیس‌کیوب یک ابزار علمی کم‌سابقه در اختیار پژوهشگران قرار داده و چشم‌انداز تازه‌ای برای مطالعه جهان ایجاد کرده است. داده‌های این رصدخانه همچنان در حال جمع‌آوری است و می‌تواند به شناسایی منابع جدید نوترینو و حتی پدیده‌های کیهانی ناشناخته منجر شود.

فرانسیس هالزن متولد سال ۱۹۴۴ در شهر تینن بلژیک است. او در سال ۱۹۶۹ مدرک دکترای خود را از دانشگاه کاتولیک لوون دریافت کرد و اکنون استاد دانشگاه ویسکانسین-مدیسن در آمریکا است.

مبلغ جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶، ۱۲ میلیون کرون سوئد اعلام شده است.