نوترینو

اطلاعات اولیه

فیزیک و اختر شناسی جدید بستگی نزدیکی با یکدیگر دارند. در حالی که فضا برای علم فیزیک که نمی‌تواند بسیاری از فرآیندها را در شرایط زمینی مطالعه نماید. در حکم آزمایشگاهی می‌باشد. کشفیات این علم در این آزمایشگاه پیشرفت اخترشناسی را آسان می‌سازد. بنابراین ما شاهد نفوذ این دو علم در یکدیگر هستیم که یک مرحله طبیعی در روند ادراک می‌باشد.

نوترینو در میان دویست ذره بنیادی شناخت شده برای فیزیکدانان عجیب‌ترین ذره می‌باشد. طبق نظریه‌ای که از مدتها پیش وجود داشته ، نوترینو جرم سکون ندارد و همیشه دقیقا با سرعت نورحرکت می‌نماید از سوی دیگر ، هیچ قانونی وجود ندارد فرض اینکه نوترینو دارای جرم باشد را منع کند.
نوترینو بدون جرم

طبق نظریه‌ای که از مدتها پیش وجود داشته نوترینو دارای جرم سکون نیست و همیشه دقیقا با سرعت نور حرکت می‌نماید. و اینکه نوترینو دارای جرم باشد، گروهی از متخصصین در موسسه فیزیک نظری و تجربی فرهنگستان علوم شوروی سابق تشویق نمود تا برای یافتن جرم نوترینو (اگر چنین جرمی وجود داشته باشد) به تجربیاتی دست بزنند. با آنکه هنوز این تجربه در مرحله مقدماتی است، نتایج آن بسیار هیجان‌انگیز می‌باشد. جرم نوترینو صفر نیست، بلکه بین 14 تا 16 الکترون ولت است. نوترینو جرم بزرگی ندارد، جرم آن بین سی هزارم و ده هزارم جرم الکترون است، ولی واقعیت وجود داشتن چنین جرمی ، اگر تصدیق شود باید موجب تغییرات عمده‌ای در عقاید و آرا متداول ما درباره جهان گردد.
نوترینو در فضا

از میان مسائل قابل توجهی که امروزه اخترشناسان با آن روبرو هستند مسئله انرژی خورشیدی و ستاره‌ای است. تا همین اواخر اعتقاد بر این بود که منبع این انرژی واکنش گرما - هسته‌ای تبدیل هیدروژن به هلیوم است. این عقیده به قدری قوت داشت که تقریبا جزو بدیهیات به شمار می‌آمد، ولی بعد تردید بر آن سایه افکند.

اگر خورشید حقیقتا محل واکنش‌های گرما - هسته‌ای باشد. در این صورت باید نوترینو در آنجا ایجاد شود. به علت قدرت نفوذ بسیار زیاد نوترینوها و برهمکنش ضعیف آنها با ماده ، این ذرات باید به فضای خورشید فرار کنند و برخی از آنها باید به زمین برسند. همان طور که می‌دانید وسیله خاصی برای ثبت نوترینوها وجود دارد. بلی مشخص شده تعدادی از این ذرات که به زمین می‌رسند، چند برابر کوچک‌تر از تعدادی است که به وسیله فرضیه پیش بینی شده است.
اگر نوترینو دارای جرم باشد؟

اگر ثابت شود که نوترینو دارای جرم است امکانات جدیدی را پدید می‌آید. تا نتایج تجربیات نوترینو را که رضایت بخش نیستند، توضیح دهیم. نظریه پردازان بر این عقیده هستند که سه نوع نوترینو در طبیعت وجود دارد و تصور می‌کنند نوترنیوئی نوترینوهای خورشید که به وسیله آشکارسازهای ویژه‌ای ثبت می‌شود. ممکن است در مسیر حرکت خود به سوی زمین به نوترینوهای دیگر تبدیل شوند که آنها به وسیله آشکارسازها قابل ثبت نیستند. اگر تصدیق شود که نوترینو دارای جرم است، باید درباره بسیاری از عقاید کیهان شناسی تجدید نظر به عمل آوریم.
سهم نوترینو در فضا

هندسه فضا به چگالی ماده مربوط می‌شود. اگر چگالی از مقدار بحرانی معین 10-29 گرم در سانتی متر مکعب بزرگ باشد. فضای جهان بسته و هدر می‌گردد. تاکنون اختر فیزیکدانان براین عقیده بوده‌اند که چگالی متوسط واقعی در جهان از مقدار بحرانی تعیین شده کمتر است. ممکن است که نوترینو به طور قابل توجهی این نظریه را تغییر دهد. طبق اطلاعات موجود در مقابل هر پروتوندر جهان حدود یک بیلیون نوترینو وجود دارد. (مبنای محاسبات پروتون می‌باشد. زیرا هسته هیدروژن است و هیدروژن فراوانترین عنصر شیمیایی در طبیعت است). اگر نوترینو واقعا دارای جرم باشد و اگر این جرم دهها میلیون بار کوچک‌تر از جرم پروتون باشد، جرم کل نوترینو در جهان 30 برابر بزرگتر از جرم ماده استاندارد می‌گردد.

ممکن است تمام ستارگان ، سیارات ، کهکشان‌ها و سحابی‌ها فقط سهم کوچکی را در زمینه نوترینوئی داشته باشند. مفهوم چنین مطلبی آنست که چگالی متوسط ماده بسیار بزرگتر از مقدار بحرانی می‌باشد. در نتیجه جهان بسته و محدود است و زمانی در آینده جایگزین انبساط آن می‌شود.
کهکشان‌ها و خوشه بندی آنها

در اولین مرحله انبساط جهان، ناپایداری‌های کوچک اتفاقی از گاز نوترینویی که جهان را پر نموده بود، ناشی می‌شدند. ولی در آن مرحله نوترینوها فوق‌العاده پرانرژی بودند و میدانهای گرانشی توده‌های کوچک ماده برای آنکه نوترینوها را به خود متصل سازند کافی نبودند. و این نوترینوها به تدریج نابود و پراکنده شدند. در ضمن ادامه انبساط نوترینوهاسرعت خود را از دست دادند. و طبق محاسبات حدود سیصد سال پس از انبساط ، آنها را در توده‌های ماده که بزرگتر شده و قابلیت جذب نوترینو را پیدا کرده بودند قرار گرفتند. جرم این توده‌ها 1015 برابر جرم خورشید بود. آنها به تدریج سنگین‌تر شدند و شدت میدان گرانشی آنها افزایش یافت و تعداد بیشتری نوترینو جذب گردید. حدود یک میلیون سال پس از آغاز انبساط توسط توده‌های ماده نیز قادر بودند که ماده استاندارد - گاز خنثی- را جذب نمایند. محاسبات نشان می دهد که مقدار این ماده فقط چند دهم جرم کل تجمع های نوترینوئی می باشد.
جرم پنهان (Hidden Mass)

برای روشن ساختن جرم پنهان که چندسالی است فیزیکدانان برای حل آن تلاش می‌نمایند، بایستی ماهیت نوترینوها از لحاظ جرم‌دار بودن مشخص شود.

برای تعیین جرم خوشه‌های کهکشانی دو راه وجود دارد، که عبارتند از:

نخستین طریق به وسیله تابش خوشه می‌باشد. هر چه جرم خوشه بزرگتر باشد، تابش آن بیشتر است.
طریقه دوم بر مبنای قانون گرانش نیوتون و حرکت کهکشان‌ها در داخل خوشه‌ها نسبت به یکدیگر که به وسیله این قانون مشخص می‌گردد، می‌باشد.

اطلاعاتی که بوسیله این دو روش به دست آمده با یکدیگر تفاوت فاحشی دارند. جرمی که بر مبنای قانون گرانش حاصل می‌شود چندین برابر مقداری است که از شدت تابش نتیجه می‌گردد. توضیحی که در این مورد می‌توان بیان داشت، بدین گونه می‌باشد که خوشه‌ها حاوی اجسام غیر درخشان هستند که در تراکم ماده سهیم می‌باشند ولی اثری در تابش ندارد. اینگونه جرمهای پنهان شده باعث افزایش سرعت کهکشانهای داخل خوشه ها می‌شود.
ماهیت فیزیکی جرم‌های پنهان شده

تعدادی فرضیه در مورد ماهیت فیزیکی جرم‌های پنهان شده مطرح شده است و آنها پیشنهاد می‌نمایند که این جرم‌ها گاز ، گرد و غبار ، ستارگانی با تابش اندک یا سیاهچاله می‌باشند. ولی هیچ یک از این فرضیه‌ها نمی‌توانند چگونگی مسائل را به نحو رضایت بخشی توضیح دهند. در نتیجه این مسئله هنوز بدون پاسخ می‌باشد. ممکن است نوترینوها این مسئله را روشن کنند. اگر آنها دارای جرم باشند. در آن صورت سهم آنها در جرم کل کهکشان‌های موجود در خوشه‌ها ، برای بیان علت اختلافی که در تعیین جرم به وسیله دو روش پدید می‌آید کافی باشد.
فرضیه مبنی بر اینکه جرم نوترینو صفر نیست

همانطور که می‌دانید احتمال وجود نوترینوها بر مبنای تباهی بنا می‌باشد. یعنی فرآیندی که به وسیله آن هسته یک عنصر شیمیایی یک الکترون از دست می‌دهد و به هسته عنصر دیگری تبدیل می‌گردد. فیزیکدانان ملاحظه نمودند که در برخی موارد ، انرژی الکترون خارج شده کمتر از مقداری می‌باشد که بوسیله محاسبات نظری پیشنهاد شده است. فیزیکدانان بلند پایه سوئیسی و ولف گانگ پائولی (Wolfgong Pouli) پیشنهاد نمود. نقصان انرژی بوسیله ذره خنثای شناخته شده‌ای حمل می‌گردد که هیچ برهمکنش قابل توجهی با ماده ندارد و بنابراین نمی‌توان به وجود آن پی برد. این ذره نوترینو نامیده شد. و وجود آن به وسیله تجربه تائید گردید. برای تعیین اینکه آیا نوترینو دارای جرم است یا نه؟ اصولا تباهی بتا می‌تواند شاخص غیر مستقیمی باشد.

منبع:رشد