إن القياسات عالية الدقة من تجربة كاترين تحد بقوة من وجود النيوترينوات الخفيفة العقيمة وتضيق نطاق البحث عن فيزياء جديدة.
من الصعب للغاية اكتشاف النيوترينوات، ومع ذلك فهي من أكثر جسيمات المادة وفرة في الكون. يتضمن النموذج القياسي ثلاثة أنواع معروفة، لكن الاكتشافات التي تظهر أن النيوترينوات تتأرجح كشفت عن أن لها كتلة ويمكن أن تتغير من نوع إلى آخر أثناء تحركها.
لسنوات عديدة، أثارت النتائج غير المبررة من عدة تجارب إمكانية وجود نوع رابع، يعرف باسم النيوترينو العقيم، والذي من شأنه أن يتفاعل بشكل أضعف من الآخرين. وتأكيد وجودها من شأنه أن يعيد تشكيل فيزياء الجسيمات الحديثة بشكل أساسي.
وفي دراسة جديدة نشرت في طبيعةيُعلن تعاون كاترين عن البحث المباشر الأكثر حساسية حتى الآن عن النيوترينوات العقيمة، وذلك باستخدام قياسات تفصيلية لتحلل بيتا التريتيوم.
كيف تبحث كاترين عن النيوترينوات المخفية
تم تصميم تجربة كاترين (كارلسروه تريتيوم نيوترينو) لقياس كتلة النيوترينوات من خلال فحص طيف طاقة الإلكترونات المنبعثة أثناء اضمحلال التريتيوم. في عملية الاضمحلال هذه، يتم نقل جزء من الطاقة بواسطة النيوترينو، مما يؤثر بشكل خفي على طاقة الإلكترون المنبعث.
إذا تم إنتاج نيوترينو عقيم في بعض هذه الاضمحلالات، فإنه سيترك سمة يمكن التعرف عليها، توصف بأنها “شبكة”، في طيف طاقة الإلكترون. وتجري التجربة في معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا، وتمتد على مسافة أكثر من 70 مترا.
ويتكون من ثلاثة عناصر رئيسية: مصدر التريتيوم الغازي عالي الكثافة بدون نوافذ، ومطياف عالي الدقة لتحليل طاقات الإلكترون، وكاشف يسجلها. منذ عام 2019، تقوم كاترين بجمع قياسات دقيقة بشكل استثنائي لطيف تحلل التريتيوم، بحثًا حتى عن أصغر الانحرافات التي يمكن أن تشير إلى وجود نيوترينو عقيم.
الجديد طبيعة تمثل الدراسة البحث الأكثر حساسية عن اضمحلال التريتيوم بيتا للنيوترينوات العقيمة حتى الآن. بين عامي 2019 و2021، سجلت كاترين 36 مليون إلكترون على مدار 259 يومًا وقارنت البيانات بنموذج مفصل لتحلل بيتا، وحققت دقة قياس أقل من واحد بالمائة.
لم يجد التحليل أي دليل على وجود النيوترينو العقيم. تستبعد هذه النتائج جزءًا كبيرًا من مساحة المعلمة التي اقترحتها حالات شاذة تجريبية سابقة، بما في ذلك حالات العجز التي تم الإبلاغ عنها في دراسات النيوترينو المفاعل ومصدر الغاليوم، والتي أشارت إلى احتمال وجود نيوترينو رابع. كما تستبعد النتائج تمامًا ادعاء تجربة النيوترينو-4، التي أبلغت عن علامات وجود مثل هذا الجسيم.
بفضل خلفيته المنخفضة جدًا، يمكن أن تُعزى جميع الإلكترونات المكتشفة تقريبًا بثقة إلى تحلل التريتيوم، مما يسمح لكاترين بقياس الطيف بوضوح استثنائي.
على عكس تجارب التذبذب، التي تتتبع كيفية تغير نوع النيوترينوات بعد السفر لمسافة معينة، يقوم كاترين بفحص توزيع الطاقة في لحظة إنتاج النيوترينوات. توفر هذه الأساليب المختلفة معًا أدلة تكميلية ترفض بشدة وجود النيوترينوات الخفيفة العقيمة.
يوضح تيري لاسير (معهد ماكس بلانك لفيزياء كيرنفيزيك) في هايدلبرغ، الذي قاد عملية التحليل: “إن نتيجتنا الجديدة مكملة تمامًا لتجارب المفاعلات مثل ستيريو”. “في حين أن تجارب المفاعلات هي الأكثر حساسية لانقسامات الكتلة العقيمة النشطة التي تقل عن بضعة إلكترون فولت²، فإن كاترين تستكشف النطاق من بضعة إلى عدة مئات من الإلكترون فولت². معًا، يستبعد النهجان الآن باستمرار النيوترينوات العقيمة الخفيفة التي قد تمتزج بشكل ملحوظ مع أنواع النيوترينو المعروفة.”
دفع الحساسية تجاه المرشحين ذوي البشرة الداكنة
ومع استمرار جمع البيانات حتى عام 2025، ستزداد حساسية كاترين، مما يتيح إجراء عمليات بحث أكثر صرامة عن النيوترينوات الخفيفة العقيمة.
تقول كاثرين فاليريوس، المتحدثة باسم كاترين (KIT): “بحلول الانتهاء من جمع البيانات في عام 2025، ستكون كاترين قد سجلت أكثر من 220 مليون إلكترون في المنطقة محل الاهتمام، مما يزيد الإحصائيات بأكثر من ستة أضعاف”. “سيسمح لنا هذا بدفع حدود الدقة وفحص زوايا الخلط إلى ما دون الحدود الحالية.” في عام 2026، سيتم ترقية تجربة KATRIN باستخدام كاشف TRISTAN، القادر على تسجيل طيف تحلل التريتيوم الكامل بإحصائيات غير مسبوقة.
ومن خلال تجاوز مقياس الطيف الرئيسي وقياس طاقات الإلكترون مباشرة، سيكون تريستان قادرًا على استكشاف كتل نيوترينو معقمة أعلى بكثير. تقول سوزان ميرتنز، المتحدثة باسم معهد ماكس بلانك لفيزياء كيرنفيزيك: “سيفتح إعداد الجيل التالي هذا نافذة جديدة على نطاق كتلة كيلو إلكترون فولت، حيث قد تشكل النيوترينوات العقيمة المادة المظلمة للكون”.
المرجع: “بحث النيوترينو المعقم بناءً على 259 يومًا من بيانات KATRIN” بواسطة مؤسسة KATRIN Collaboration، 3 ديسمبر 2025، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-025-09739-9
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
تنويه من موقعنا
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر:
yalebnan.org
بتاريخ: 2025-12-24 23:51:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقعنا والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.