منوعات

يبحث العلماء عن دليل على الجاذبية الكمومية في القطب الجنوبي

يساهم فريق من جامعة كوبنهاجن في تجربة واسعة النطاق في القارة القطبية الجنوبية تهدف إلى اكتشاف ما إذا كانت الجاذبية موجودة أيضًا على المستوى الكمي. يبدو أن جسيمًا استثنائيًا، قادرًا على السفر عبر الفضاء دون أي عائق، يحمل الإجابة.

تم تكليف عدة آلاف من أجهزة الاستشعار المنتشرة على مساحة كيلومتر مربع بالقرب من القطب الجنوبي بالإجابة على أحد الأسئلة الكبرى التي لم تتم الإجابة عليها في الفيزياء: هل الجاذبية الكمية موجودة؟ تقوم أجهزة الاستشعار بمراقبة النيوترينوات – وهي جسيمات ليس لها شحنة كهربائية ولا كتلة تقريبًا – تصل إلى الأرض من الفضاء. ساعد فريق من معهد نيلز بور (NBI) في جامعة كوبنهاغن في تطوير طريقة تستفيد من بيانات النيوترينو للكشف عن وجود الجاذبية الكمومية.

“إذا كانت الجاذبية الكمية موجودة بالفعل، كما نعتقد، فإن هذا سيساعد على توحيد عالمي الفيزياء الحاليين. اليوم، تصف الفيزياء الكلاسيكية الظواهر في بيئتنا الطبيعية مثل الجاذبية، في حين لا يمكن وصف العالم الذري إلا باستخدام ميكانيكا الكم.” يظل توحيد نظرية الكم والجاذبية أحد أهم التحديات في الفيزياء الأساسية. يقول توم ستوتارد، الأستاذ المساعد في NBI: “سيكون الأمر مرضيًا للغاية إذا تمكنا من المساهمة في تحقيق هذا الهدف”.

توم ستوتارد هو مؤلف مشارك لمقال علمي نشرته المجلة مؤخرًا الفيزياء الطبيعية. يعرض المقال نتائج دراسة كبيرة أجراها فريق مبادرة حوض النيل وزملاؤه الأمريكيون. تمت دراسة أكثر من 300000 نيوترينو. ومع ذلك، فهذه ليست نيوترينوات من النوع الأكثر إثارة للاهتمام من مصادر في الفضاء السحيق. تم إنشاء النيوترينوات التي تمت دراستها في هذه الدراسة في الغلاف الجوي للأرض، عندما اصطدمت جزيئات عالية الطاقة من الفضاء بالنيتروجين أو جزيئات أخرى.

“إن فحص النيوترينوات من الغلاف الجوي للأرض له ميزة عملية تتمثل في أنها أكثر شيوعًا بكثير من أشقائها من الفضاء. كنا بحاجة إلى بيانات عن العديد من النيوترينوات للتحقق من صحة منهجيتنا. وقد تم إنجاز ذلك الآن، لذلك نحن مستعدون للدخول في المرحلة التالية التي يقول توم ستوتارد: “سوف ندرس النيوترينوات الموجودة في الفضاء السحيق”.

السفر بسلام عبر الأرض

يقع مرصد آيس كيوب للنيوترينو بجوار محطة أموندسن-سكوت للقطب الجنوبي في القارة القطبية الجنوبية. على عكس معظم مرافق علم الفلك والفيزياء الفلكية الأخرى، يعمل IceCube بشكل أفضل لمراقبة الفضاء على الجانب الآخر من الأرض، أي نصف الكرة الشمالي. وفي الواقع، إذا كان النيوترينو قادرًا تمامًا على اختراق كوكبنا ــ وحتى قلبه الساخن والكثيف ــ فسوف يتم إيقاف الجسيمات الأخرى، وبالتالي تصبح الإشارة أكثر نظافة بالنسبة للنيوترينوات القادمة من نصف الكرة الشمالي.

يتم تشغيل منشأة IceCube من قبل جامعة ويسكونسن ماديسون بالولايات المتحدة الأمريكية. يشارك أكثر من 300 عالم من جميع أنحاء العالم في تعاون IceCube. تعد جامعة كوبنهاغن واحدة من أكثر من 50 جامعة تضم مركز IceCube لدراسة النيوترينوات.

وبما أن النيوترينو ليس لديه شحنة كهربائية وهو عديم الكتلة تقريبًا، فإنه لا يتأثر بالقوى الكهرومغناطيسية والنووية القوية، مما يسمح له بالسفر مليارات السنين الضوئية عبر الكون في حالته الأصلية.

والسؤال الرئيسي هو ما إذا كانت خصائص النيوترينو تظل في الواقع دون تغيير تمامًا أثناء انتقاله لمسافات كبيرة أو ما إذا كانت التغييرات الطفيفة ملحوظة في النهاية.

يقول توم ستوتارد: “إذا مر النيوترينو بالتغيرات الطفيفة التي نشتبه فيها، فسيشكل ذلك أول دليل قوي على الجاذبية الكمية”.

النيوترينو يأتي في ثلاث نكهات

لفهم التغييرات المرغوبة في خصائص النيوترينو، هناك حاجة إلى بعض المعلومات الأساسية. على الرغم من أننا نسميه جسيمًا، إلا أن ما نلاحظه على أنه نيوترينو هو في الواقع ثلاثة جسيمات يتم إنتاجها معًا، وهو ما يسمى في ميكانيكا الكم بالتراكب. يمكن أن يكون للنيوترينو ثلاثة تكوينات أساسية – النكهات كما يسميها الفيزيائيون – وهي الإلكترون والميون والتاو. أي من هذه التكوينات نلاحظها يتغير مع تحرك النيوترينو، وهي ظاهرة غريبة حقًا تُعرف باسم تذبذبات النيوترينو. يتم الحفاظ على هذا السلوك الكمي على مدى آلاف الكيلومترات أو أكثر، وهو ما يسمى التماسك الكمي.

“في معظم التجارب، ينكسر التماسك بسرعة. لكن لا يُعتقد أن هذا بسبب الجاذبية الكمية. من الصعب جدًا خلق ظروف مثالية في المختبر. أنت تريد فراغًا مثاليًا، ولكن بطريقة أو بأخرى، تستطيع بعض الجزيئات التحكم الخ، ومن ناحية أخرى، تتمتع النيوترينوات بخصوصية عدم التأثر بالمادة المحيطة بها، ولذلك نعلم أنه إذا تم كسر التماسك، فإن هذا لن يكون بسبب قصور في الإعداد التجريبي الذي أنشأه الإنسان “، يشرح توم ستوتارد.

كان العديد من الزملاء متشككين

وردا على سؤال ما إذا كانت نتائج الدراسة المنشورة في الفيزياء الطبيعية كما كان متوقعا، يجيب الباحث:

“إننا نجد أنفسنا في فئة نادرة من المشاريع العلمية، وهي التجارب التي لا يوجد لها إطار نظري ثابت. لذلك، ببساطة، لم نكن نعرف ما يمكن توقعه. ومع ذلك، كنا نعلم أنه يمكننا البحث عن بعض الخصائص التي يمكن أن نتوقعها . نظرية الكم للجاذبية.”

“حتى لو كنا نأمل في رؤية تغييرات تتعلق بالجاذبية الكمومية، فإن حقيقة أننا لم نرها لا تستبعد على الإطلاق أنها حقيقية. عندما يتم اكتشاف نيوترينو الغلاف الجوي في منشأة القارة القطبية الجنوبية، فسيكون قد عبر بشكل عام ” الأرض. وهذا يعني حوالي 12700 كيلومتر، وهي مسافة قصيرة جدًا مقارنة بالنيوترينوات القادمة من الكون البعيد. من الواضح أن هناك حاجة إلى مسافة أطول بكثير حتى يكون للجاذبية الكمومية تأثير، إن وجدت”، كما يقول توم ستوتارد، مشيرًا إلى أن الجاذبية الكمومية كان الهدف الرئيسي للدراسة هو إنشاء المنهجية:

“لسنوات عديدة، شكك العديد من الفيزيائيين فيما إذا كانت التجارب يمكن أن تأمل في اختبار الجاذبية الكمومية. ويبين تحليلنا أن ذلك ممكن بالفعل، ومع القياسات المستقبلية مع النيوترينوات الفيزيائية الفلكية، بالإضافة إلى أجهزة الكشف الأكثر دقة التي سيتم بناؤها خلال العقد المقبل، نأمل أن للإجابة أخيرًا على هذا السؤال الأساسي.”

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى